TCad 7 - Zakład Obwodów i Sygnałów Elektrycznych / ISE...
27
1 TCad 7 Pakiet TCad 7 jest oprogramowaniem do przeprowadzania symulacji układów energoelektronicznych. Prawa autorskie należą do Wydziały Elektroniki i Automatyki Politechniki Gdańskiej. Modele symulatora TCad przyjmują strukturę: Metody przyjęte w symulatorze: symulacji – metoda stałej struktury układu opisu układu – metoda potencjałów węzłowych całkowania numerycznego – bezwzględnie stabilny algorytm Gear’a I rzędu (niejawna metoda Eulera) Cykl przeprowadzania symulacji w pakiecie:
Transcript of TCad 7 - Zakład Obwodów i Sygnałów Elektrycznych / ISE...
1
TCad 7
Pakiet TCad 7 jest oprogramowaniem do przeprowadzania symulacji układów energoelektronicznych. Prawa
autorskie należą do Wydziały Elektroniki i Automatyki Politechniki Gdańskiej.
Modele symulatora TCad przyjmują strukturę:
Metody przyjęte w symulatorze:
symulacji – metoda stałej struktury układu
opisu układu – metoda potencjałów węzłowych
całkowania numerycznego – bezwzględnie stabilny algorytm Gear’a I rzędu (niejawna metoda Eulera)
Cykl przeprowadzania symulacji w pakiecie:
2
Symulator TCad pozwala na budowanie modelów układów o wielkości do 500 elementów, do 200 węzłów, do 200
indukcyjności i do 200 bloków sterujących.
Pakiet pozwala dodatkowo na przeprowadzenie analizy AC zespolonej, oraz częstotliwościowej.
Podstawowe zastosowania symulatora TCad:
praktyka naukowa i inżynierska
o obniżenie kosztów badań
o poszukiwanie i testowanie nowych rozwiązań
o badania odporności układów
o optymalizacja parametrów
dydaktyka
o obniżenie kosztów przygotowania laboratoriów
o usprawnienie prowadzenia zajęć
o możliwość zaprezentowania stanów przejściowych, awaryjnych i zagadnień wrażliwościowyc
Informacje uzyskane z serwisu http://www.tcad.com.pl/.
TCad Graf
W skład pakietu TCad 7 wchodzi program TCad Graf, który jest postprocesorem graficznym. Służy do
tworzenia prezentacji z otrzymanych w procesie symulacji przebiegów.
Pozwala on na obserwacje przebiegów zawartych w różnych plikach. Jak również porównanie przebiegów
symulacji tego samego schematu, przed i po zmianie parametrów układu, co pozwala na łatwiejszą analizę
otrzymanych wyników.
Przy użyciu programu TCad Graf, możemy zobrazować przebiegi kilku symulacji w jednym układzie współrzędnych.
Program pozwala na swobodne skalowanie osi (dostępna jest również opcja auto skalowania), zmiany układu
kolorów zarówno tła jak i przebiegów, co pozwala na bardzo przejrzyste zobrazowanie przebiegów.
Możliwa jest opcja kopiowania przebiegu w postaci mapy bitowej do dowolnego programu graficznego.
TCad Graf posiada opcję analizy harmonicznych wybranego z prezentowanych przebiegów, z
uwzględnieniem czasu początku analizy, oraz okresu pierwszej harmonicznej. Pozwala na obliczenie pierwszych 600
harmonicznych.
3
Wprowadzenie TCad 7
TCad 7 jest bardzo bogatym oprogramowaniem umożliwiającym budowanie schematów elektrycznych i
przeprowadzanie symulacji dla zadanych przez nas parametrów. Uruchamiamy program TCad 7 przy użyciu ikony:
lub odnajdując skrót w menu strat.
Po uruchomieniu programu ekran powinien wyglądać następująco:
Aby stworzyć schemat otwieramy menu Schemat->Nowy
aby otworzyć schemat wcześniej przygotowany wybieramy Otwórz.
Mamy również opcje Otwórz przykład za pomocą którego możemy otworzyć gotowy przykład i przeprowadzić jego
symulacje.
4
Po wybraniu nowego schematu okno powinno wyglądać następująco:
Możemy przystąpić do rysowania schematu. Wykorzystywać będziemy do tego pasek narzędzi. Po najechaniu
kursorem na ikonę narzędzia pojawi się nazwa. Po kolei od lewej:
-podstawowy kursor
-rysowanie linii połączeń
-rysowanie węzłów
-edycja parametrów elementu (ctrl+E lub dwukrotne kliknięcie w element)
-obróć w prawo (ctrl+L)
-obróć w lewo (ctrl+H)
-przeżuć w poziomie (ctrl+R)
-przeżuć w pionie (ctrl+U)
-usuń element (delete)
-powiększ
-pomniejsz
-wskaźnik (np. do pomiaru prądu w elemencie)
-pomiar prądu
-wstawienie tekstu
5
Kolejne cztery służą do wstawiania elementów:
1. powrót do poprzedniej kategorii elementów
2. elementy części silnoprądowej:
źródła napięciowe
o źródło napięcia stałego
o źródło napięcia przemiennego
o źródło napięcia sterowane napięciem
o źródło napięcia sterowane prądem
o źródło napięcia sterowane układem pomocniczym
o źródło napięcia aproksymowane PWI
o „faza” falownika jako źródło napięcia
źródła prądowe
o źródło prądu stałego
o źródło prądu przemiennego
o źródło prądu sterowane napięciem
o źródło prądu sterowane prądem
o źródło prądu sterowane układem pomocniczym
o źródło prądu aproksymowane PWI
o „faza” falownika jako źródło prądu
prostowniki (makromodele)
o prostownik 2-pulsowy, diodowy
o prostownik 2-pulsowy tyrystorowo-diodowy
o prostownik 2-pulsowy tyrystorowy
o prostownik 3-pulsowy diodowy
o prostownik 3-pulsowy tyrystorowy
o prostownik 6-pulsowy diodowy
o prostownik 6-pulsowy tyrystorowo-diodowy
o prostownik 6-pulsowy tyrystorowy
transformatory
o transformator idealny dwuuzwojeniowy
o transformator idealny trójuzwojeniowy
o transformator „rzeczywisty” dwuuzwojeniowy
o transformator „rzeczywisty” trójuzwojeniowy
6
rezystancje
o rezystancja liniowa
o rezystancja sterowana
indukcyjności
o indukcyjność liniowa
o indukcyjność nieliniowa
o indukcyjność wzajemna
pojemności
o pojemność liniowa
o pojemność nieliniowa
o pojemność „nieregularna”
łączniki
o dioda
o tyrystor SCR
o tyrystor GTO
o tranzystor mocy
o klucz unilateralny
o klucz bilateralny
maszyny elektryczne
o maszyna DC obcowzbudna
o maszyna DC szeregowa
o maszyna AC asynchroniczna
o maszyna AC asynchroniczna (model zalecany!)
o maszyna AC synchroniczna
o maszyna AC synchroniczna (model rozszerzony)
o faza maszyny o przełączalnej reluktancji
obciążenia maszyn elektrycznych i sprzęgło
o obciążenie stałe lub skokowo zmienne
o obciążenie proporcjonalne liniowo
o obciążenie proporcjonalne kwadratowo
o obciążenie proporcjonalne kwadratowo + statyczne
o obciążenie odwrotnie proporcjonalne
o obciążenie określone blokiem pomocniczym
o sprzęgło
3. bloki części pomocniczej :
funktory
7
o filtr DP
o filtr średniokwadratowy
o blok dzielący
o transmitancja PI – typ 2
o inercja
o transmitancja sT1/(1+sT2)
o transmitancja k(1+sT1)/(1+st2)
o opóźnienie (SOC wewn.)
o opóźnienie (SOC zewn.)
o kryterium jakości regulacji
o równanie dynamiczne maszyny
o transformacja Clare-Park (3->2)
o transformacja Park-Clare (2->3)
regulatory
o węzeł sumacyjny
o ogranicznik
o transmitancja typu –sT (realizacja jak na WO)
o transmitancja typu –k (realizacja jak na WO)
o transmitancja typu –1/(sT) (realizacja jak na WO)
o transmitancja typu –k/(1+sT) (realizacja jak na WO)
o transmitancja typu –(1+sT1)/(sT) (realizacja jak na WO)
o transmitancja typu –k(1+sT1)/(1+sT) (realizacja jak na WO)
o transmitancja PID
o regulator P
o regulator PI
o regulator PD
o regulatorPID
transformacje układów współrzędnych
o transformacja abc -> alfa,beta
o transformacja abc -> x,y (d,q)
o transformacja alfa,beta -> abc
o transformacja alfa,beta -> x,y (d,q)
o transformacja x,y (d,q) -> abc
o transformacja x,y (d,q) -> alfa,beta
sumatory
o sumator 1-wejściowy
8
o sumator 2-wejściowy
o sumator 3-wejściowy
multipliery
o multiplier 1-wejściowy
o multiplier 2-wejściowy
o multiplier 3-wejściowy
generatory
o generator stałego sygnału referencyjnego
o generator skokowo zmiennego sygnału referencyjnego
o generator sygnału sinusoidalnego, f=const
o generator sygnału sinusoidalnego, f=var
o generator sygnału trójkątnego, f=const
o generator sygnału trójkątnego, f=var
o generator sygnału piłokształtnego, f=const
o generator sygnału piłokształtnego, f=var
bloki sterowania łącznikami
o sterowanie: stała sekwencja załączeń
o sterowanie: stała sekwencja załączeń - GTO
o sterowanie: stały kąt załączania prostownika
o sterowanie: przetwornik „u” -> kąt załączania
o sterowanie: 1-wyjściowy przetwornik „u” -> impulsy
o sterowanie: 2-wyjściowy przetwornik „u” -> impulsy
o sterowanie: 3-wyjściowy przetwornik „u” -> impulsy
o sterowanie: 6-wyjściowy przetwornik „u” -> impulsy
funkcje arytmetyczne
o funktor f(x0,…,x3)
o funktor sin
o funktor cos
o funktor tan
o funktor exp
o funktor arc sin
o funktor arc cos
o funktor arc tan
o funktor ln
układy logiczne
o multiplekser
9
o demultiplekser
o przerzutnik RS
o przerzutnik D
o komparator
funkcje logiczne
o bramka NOT
o bramka OR
o bramka NOR
o bramka AND
o bramka NAND
o bramka XOR
czujniki
o czujnik napięcia
o czujnik prądu
o czujnik prędkości kątowej
o czujnik momenty elektromagnetycznego
o czujnik strumienia maszyny
o czujnik strumienia wzbudzenia maszyny
o czujnik prądu wirnika
o czujnik prądu magnesującego maszyny
o czujnik prądu „gałęzi” maszyny
bloki definiowane
o definiowany blok Użytkownika 1-wyjściowy
o definiowany blok Użytkownika 1-wyjściowy
o definiowany blok Użytkownika 2-wyjściowy
o definiowany blok Użytkownika 3-wyjściowy
o blok Użytkownika 10/6
o blok Użytkownika 10/10
o blok Użytkownika 20/20
o opóźnienie ”z-1”
4. rejestracje i monitorowanie przebiegów:
monitorowanie (rejestracja) napięcia
monitorowanie (rejestracja) prądu
monitorowanie (rejestracja) prędkości kątowej
monitorowanie (rejestracja) momentu elektromagnetycznego
10
monitorowanie (rejestracja) strumienia maszyny
monitorowanie (rejestracja) strumienia wzbudzenia maszyny
monitorowanie (rejestracja) prądu wirnika
monitorowanie (rejestracja) prądu magnesującego maszyny
monitorowanie (rejestracja) prądu „gałęzi” maszyny
monitorowanie (rejestracja) sygnału bloku pomocniczego
monitorowanie w układzie XY
wstawienie przebiegu „off-line”
aranżacja okna prezentacji
Po najechaniu kursorem na ikonę elementu wyświetla się jego nazwa
Przystąpimy teraz do stworzenia przykładowego, bardzo prostego projektu w celu zapoznania się z
oprogramowaniem. Tworzymy katalog w lokalizacji wskazanej przez prowadzącego w którym zapisywać będziemy
nasze projekty (zaleca się stworzenie nazwy umożliwiającej odnalezienie katalogu na następnych zajęciach np.
nazwisko_grupa) Mając otwarty program TCad 7 i utworzony nowy projekt zapisujemy go w utworzonym katalogu.
Stworzymy schemat prostownika jednopulsowego.
W tym celu wybieramy: Elementy Części Silnoprądowej -> Źródła Napięciowe -> Źródło Napięcia
Przemiennego (aby powrócić do poprzedniego menu wybieramy ) wstawiamy do schematu, przenosimy w
wybrane miejsce i odpowiednio ustawiamy przy użyciu :
U – źródło napięcia przemiennego
11
Zaznaczamy element i wybieramy ikonę Edycja Parametrów lub dwukrotnie klikamy na element, następnie
wprowadzamy parametry elementu (można wprowadzić takie jak w przykładzie):
Zatwierdzamy zmiany.
Następnie wybieramy: Elementy Części Silnoprądowej -> Łączniki -> Dioda (aby powrócić do
poprzedniego menu wybieramy ) wstawiamy do schematu, przenosimy w wybrane miejsce i odpowiednio
ustawiamy przy użyciu :
U – źródło napięcia przemiennego
D - dioda
12
Zaznaczamy element i wybieramy ikonę Edycja Parametrów lub dwukrotnie klikamy na element, następnie
wprowadzamy parametry elementu (można wprowadzić takie jak w przykładzie):
Zatwierdzamy zmiany.
Teraz Wybierzemy obciążenie na początek rezystancyjne. W tym celu wybieramy: Elementy Części Silnoprądowej
-> Rezystancje -> Rezystancja Liniowa (aby powrócić do poprzedniego menu wybieramy ) wstawiamy
do schematu, przenosimy w wybrane miejsce i odpowiednio ustawiamy przy użyciu :
U – źródło napięcia przemiennego
D – dioda
R - rezystancja
13
Zaznaczamy element i wybieramy ikonę Edycja Parametrów lub dwukrotnie klikamy na element, następnie
wprowadzamy parametry elementu (można wprowadzić takie jak w przykładzie):
Zatwierdzamy zmiany.
Wybieramy ikonę Linie Połączeń i łączymy elementy:
U – źródło napięcia przemiennego
D – dioda
R - rezystancja
14
Narysujemy teraz elementy umożliwiające obserwacje zmian prądów i napięć. W tym celu wybieramy ikonę Użycie
„Wskaźnika” i umieszczamy go na rezystancji obciążenia:
U – źródło napięcia przemiennego
D – dioda
R - rezystancja
Następnie wstawiamy Rejestracje i Monitorowanie Przebiegów -> Monitorowanie (Rejestracja) Prądów (aby
powrócić do poprzedniego menu wybieramy ) wstawiamy do schematu, przenosimy w wybrane miejsce i
odpowiednio ustawiamy przy użyciu :
U – źródło napięcia przemiennego
D – dioda
R - rezystancja
A – monitorowanie prądów
15
Zaznaczamy element i wybieramy ikonę Edycja Parametrów lub dwukrotnie klikamy na element, następnie
wprowadzamy parametry elementu (można wprowadzić takie jak w przykładzie, skalujemy i ustawiamy wzmocnienie
według spodziewanych prądów) wygodnym jest nadanie nazwy temu elementowi związanej z miejscem pomiaru,
wtedy przy symulacji łatwo będzie zlokalizować w którym miejscu rejestrowany jest dany przebieg:
Zatwierdzamy zmiany. Schemat powinien wyglądać następująco:
U – źródło napięcia przemiennego
D – dioda
R - rezystancja
A – monitorowanie prądów
16
Dołączymy teraz elementy umożliwiające monitorowanie napięć. W tym celu wybieramy Rejestracje i Monitorowanie
Przebiegów -> Monitorowanie (Rejestracja) Napięć (aby powrócić do poprzedniego menu wybieramy )
wstawiamy do schematu, przenosimy w wybrane miejsce i odpowiednio ustawiamy przy użyciu :
łączymy ze schematem przy użyciu Linie Połączeń i rysujemy węzły narzędziem Rysowanie Węzłów
U – źródło napięcia przemiennego
D – dioda
R - rezystancja
A – monitorowanie prądów
V – monitorowanie napięć
Zaznaczamy element i wybieramy ikonę Edycja Parametrów lub dwukrotnie klikamy na element, następnie
wprowadzamy parametry elementu (można wprowadzić takie jak w przykładzie, skalujemy i ustawiamy wzmocnienie
według spodziewanych napięć):
17
Zatwierdzamy zmiany. Schemat powinien wyglądać następująco:
U – źródło napięcia przemiennego
D – dioda
R - rezystancja
A – monitorowanie prądów
V – monitorowanie napięć
Analogicznie dodajemy pomiar napięcia na źródle zasilającym:
U – źródło napięcia przemiennego
D – dioda
R - rezystancja
A – monitorowanie prądów
V – monitorowanie napięć
18
Mając gotowy schemat i ustawione parametry elementów, pozostaje ustawienie parametrów symulacji. W tym celu
wybieramy menu Edycja -> …Parametrów Symulacji:
19
I ustawiamy odpowiednie parametry symulacji:
krok obliczeń - określa dokładność z jaką program wykona obliczenia
rozdzielczość - określa dokładność z jaką przebiegi zostaną zapisane do pliku (do tworzenia prezentacji w programie TCad Graf – należy zaznaczyć opcje
„rejestracja do pliku” w oknie monitorowania przebiegu)
Następnie uruchamiamy symulacje ikoną Symulacja lub w menu Symulacja -> Uruchom:
20
Zostaną wyświetlone monitorowane przebiegi symulacji:
Aby zakończyć symulacje wybieramy ikonę Zakończ i Przejdź do Następnej Symulacji lub w menu Symulacja ->
Koniec Obliczeń.
W celu wprowadzenia zmian w schemacie lub zmian parametrów elementów lub parametrów symulacji należy
zatrzymać symulacje.
21
W celu łatwiejszej interpretacji wyników symulacji można przebiegi umieścić na jednym wykresie w tym celu
kończymy symulacje aby móc zmodyfikować schemat. Wybieramy opcje Rejestracje i Monitorowanie Przebiegów
następnie wybieramy Aranżacja Okna Prezentacji wstawiamy do schematu, przenosimy w wybrane miejsce
i odpowiednio ustawiamy przy użyciu : łączymy ze schematem przy użyciu Linie Połączeń :
U – źródło napięcia przemiennego
D – dioda
R - rezystancja
A – monitorowanie prądów
V – monitorowanie napięć
O – okno monitorowania przebiegów
W właściwościach okna wyświetlania monitorowanych przebiegów możemy wyskalować osie wyświetlanego
przebiegu, oraz nadać nazwę (przydatne w przypadku zamieszczenia wielu okien):
22
W celu lepszego zobrazowania wyników musimy ustawić wzmocnienie w oknie Monitorowanie (Rejestracja) Prądów:
Przebiegi symulacji wyglądają następująco:
Słabo widoczne jest tu napięcie Uobc gdyż jest ono w fazie z napięciem Uz.
Aby wyznaczyć dokładnie np. wartość szczytową napięcia można posłużyć się prowadnicami. W Tym celu należy
kliknąć prawym przyciskiem myszy na przebiegu, wybrać opcje prowadnice -> wstaw prowadnice poziomą, lub
wcisnąć klawisz „H” na klawiaturze.
W celu lepszego zapoznania się z programem należy przeprowadzić symulacje zmieniając parametry obciążenia.
23
Wprowadzenie TCad Graf
Aby móc korzystać z programu TCad Graf należy podczas tworzenia schematu w symulatorze TCad 7 w
właściwościach elementu monitorowania przebiegu zaznaczyć opcję „rejestracja do pliku”:
W ten sposób symulator będzie zapisywał wybrane przez nas przebiegi do pliku o rozszerzeniu .wff lub .wnk w
zależności od ustawień.
Ważnym jest również ustawienie rozdzielczości w opcji parametry symulacji:
Określa ona dokładność z jaką zostanie zapisany przebieg.
24
TCad Graf jest postprocesorem graficznym. Służy do tworzenia prezentacji z otrzymanych przebiegów w
procesie symulacji w programie TCad 7. Uruchamiamy program TCad Graf przy użyciu ikony:
lub odnajdując skrót w menu strat.
Po uruchomieniu programu ekran powinien wyglądać następująco:
Narzędzia dostępne jako ikony na pasku to:
wyświetl wszystkie przebiegi z pliku
otwórz nowe okno prezentacji
zarządzanie „kanałami”
zarządzanie „przebiegami”
ustawienia okna prezentacji
automatyczne skalowanie osi „X”
automatyczne skalowanie osi „Y”
dostosuj oś „X”
dostosuj oś „Y”
dostosuj obie osie
przełącz na powiększenie przez „lupę”
przełącz na powiększenie przez „ramkę”
25
cofnij ustawienia granic okna
powtórz ustawienia granic okna
pionowe rozmieszczenie okien
poziome rozmieszczenie okien
swobodne rozmieszczenie okien
Krótki opis najważniejszych opcji:
Przy użyciu tej opcji wczytujemy plik w formacie .wff, .wnk, .dat, lub .har. Program tworzy nowe okno
prezentacji i wykreśla wszystkie przebiegi z pliku.
Otwiera nowe okno prezentacji. Bez żadnych przebiegów.
Pozwala wczytywać poszczególne przebiegi z pliku. Pozwala wczytać nowy przebieg do istniejącej już
prezentacji:
Wykreśla podany przez nas w postaci wzoru przebieg:
26
Służy do zmiany zakresu osi X i Y, ustawienia podziałki, oraz do zmiany nazwy okna prezentacji:
Program TCad Graf pozwala również na analizę harmonicznych wybranego z prezentowanych przebiegów. W
tym celu należy kliknąć prawym przyciskiem myszy na oknie prezentacji i wybranie opcji „wyświetl harmoniczne”:
Zostanie wyświetlone okno w którym należy: wybrać analizowany przebieg, czas początku analizy, okres pierwszej
harmonicznej i numery wyświetlanych harmonicznych:
27
Przykładowy wykres harmonicznych:
Analizę harmonicznych można zapisać do pliku w formacie .har.
Program pozwala na skopiowanie prezentacji w formacie mapy bitowej. W tym celu należy otworzyć menu
Prezentacja -> Kopiuj:
Dzięki schowku systemowemu okno prezentacji możemy wkleić do dowolnego programu graficznego.
Wszystkie opcje oferowane przez TCad Graf są również zawarte w symulatorze TCad 7.
