Практические занятия
Магнитные элементы электронных устройств
Практические занятия проводятся с использованием программы схемотехнического анализа Micro-Cap.
Краткая информация об основных принципах работы с программой Micro-Cap размещена в материалах к этой странице.
Более полную информацию о работе с программой см. в книге Амелина М. А., Амелин С. А. Программа схемотехнического моделирования Micro-Cap 8. — М.: Горячая линия-Телеком, 2007. – 464 с.: ил. (есть в библиотеке)
Практические занятия выполняются в соответствии с учебным пособием М.А. Амелина Моделирование магнитных элементов устройств силовой электроники, Методические указания к практическим занятиям. - Смоленск ГОУВПО "МЭИ(ТУ)", 2007.
Темы занятий
Практическое занятие №1. Знакомство с программой Micro-Cap. Моделирование интегрирующих и дифференцирующих цепей на основе линейных катушек индуктивности и резисторов.
Практическое занятие №2 Анализ частотных характеристик интегрирующих и дифференцирующих цепей в программе Micro-Cap. Синтез пассивных полосовых и заграждающих фильтров с помощью программы Micro-Cap.
Практическое занятие №3 Модель Джилса-Атертона магнитного сердечника. Исследование циклов перемагничивания сердечника, влияния на них параметров модели. Перемагничивание катушки с нелинейным сердечником источником тока и источником ЭДС. Вычисление потерь в сердечнике.
Практическое занятие №4 Оптимизация параметров модели магнитного сердечника по справочным данным с помощью программы MODEL. Создание новых моделей и включение их в библиотеку компонентов программы Micro-Cap.
Практическое занятие №5 Расчет импульсного трансформатора на заданную переходную характеристику. Моделирование импульсного трансформатора на основе магнитосвязанных линейных и нелинейных катушек индуктивностей.
Практическое занятие №6 Расчет и моделирование измерительного трансформатора для датчика тока ШИМ-контроллера.
Программу Mico-Cap можно скачать здесь - MC9.rar, mc10.rar
ЛИТЕРАТУРА
1. Амелина М. А., Амелин С. А. Программа схемотехнического моделирования Micro-Cap 8. – М.: Горячая линия-Телеком, 2007. – 464 с.: ил.
2. В. И. Мелешин Транзисторная преобразовательная техника. – Москва: Техносфера, 2005. – 632 с.: ил.
3. Б. Ю. Семенов Силовая электроника: от простого к сложному. — М.: СОЛОН-пресс, 2005. — 416 с.: ил.
4. А. В. Хныков Теория и расчет трансформаторов источников вторичного электропитания. — М.: СОЛОН-Пресс, 2004. — 128 с: ил. — (Серия «Библиотека инженера»).
Материалы по практическим занятиям МЭЭУ
Сборник практ. занятий с методическими указаниями МЭЭУ_Пр_Амелина.doc МЭЭУ_Пр_Амелина.pdf
Краткий ознакомительный экскурс по программе Micro-Cap Micro-Cap экскурс.pdf
Справочные данные на ряд магнитных материалов Spr-MM.rar
EPCOS-калькулятор магнитных элементов Ferrite Magnetic Design Tool
Контрольные вопросы
1. Объясните результаты частотного анализа интегрирующей и дифференцирующей RL цепочек.
2. В качестве какого фильтра (нижних частот, верхних частот, полосового, заграждающего) может быть использована интегрирующая цепочка?
3. В качестве какого фильтра (нижних частот, верхних частот, полосового, заграждающего) может быть использована дифференцирующая цепочка?
4. Как определить частоту среза (спад на 3 дБ или в sqrt(2) раз) интегрирующей цепочки, если известны величины резистора и индуктивности?
5. Как определить частоту среза (спад на 3 дБ или в sqrt(2) раз) дифференцирующей цепочки, если известны величины резистора и индуктивности?
6. Нарисуйте схему дифференцирующей RC-цепи. Выведите выражение для ее модуля коэффициента передачи в частотной области (зависящего от частоты f).
7. Нарисуйте схему интегрирующей RC-цепи. Выведите выражение для ее модуля коэффициента передачи в частотной области (зависящего от частоты f).
8. Как зависит от частоты модуль коэффициента передачи полосно-пропускающего фильтра? Нарисуйте схематично вид амплитудно-частотной характеристики.
9. Как зависит от частоты модуль коэффициента передачи полосно-заграждающего фильтра? Нарисуйте схематично вид амплитудно-частотной характеристики.
10. Как зависит от частоты модуль коэффициента передачи фильтра нижних частот? Нарисуйте схематично вид амплитудно-частотной характеристики.
11. Как зависит от частоты модуль коэффициента передачи фильтра верхних частот? Нарисуйте схематично вид амплитудно-частотной характеристики.
12. Какое основное отличие фильтров Баттерворта и Чебышева.
13. Объясните вид переходных и импульсных характеристик полосно-пропускающих фильтров, синтезированных на занятии №2. Подсказка: объяснение можно основывать на спектральном составе входных сигналов.
14. Что представляет собой безгистерезисная кривая намагничивания?
15. Как по параметрам модели магнитного материала найти приближенное значение относительной магнитной проницаемости u (мю)?
16. Как по параметрам модели магнитного сердечника и связанной с ним катушки найти приближенное значение индуктивности катушки с магнитным сердечником?
17. Если катушка L магнитно связана с нелинейным сердечником, для которого заданы модельные параметры, то что представляет собой значение, заданное в графе VALUE катушки L?
18. Как построить предельную симметричную петлю гистерезиса заданного магнитного материала с помощью программы MICRO-CAP в системе СИ?
19. Как построить предельную симметричную петлю гистерезиса заданного магнитного материала с помощью программы MICRO-CAP в системе СГС?
20. Что представляют собой предельный симметричный цикл, частный симметричный цикл, частный несимметричный цикл перемагничивания ферромагнитного сердечника.
21. Как с помощью программы MICRO-CAP построить семейство частных симметричных циклов перемагничивания сердечника?
22. Как с помощью программы MICRO-CAP построить частный несимметричный цикл перемагничивания сердечника?
23. Объясните семейства характеристик намагничивания и потерь, полученных в п. 17 (а – з) практического занятия №3.
24. Объясните форму тока в линейной индуктивности при подаче на неё напряжения в виде симметричных двуполярных импульсов (меандр). Как изменится картина тока при подаче однополярных прямоугольных импульсов?
25. Объясните форму тока в нелинейной индуктивности при подаче на неё напряжения в виде симметричных двуполярных импульсов (меандр). Почему форма тока изменяется при изменении амплитуды двуполярного меандра?
26. Объясните форму напряжения на линейной катушке при подключении к ней источника импульсов треугольного тока.
27. Что произойдет с петлей гистерезиса, если в схеме рис. 3.2 частоту входного синусоидального источника увеличить до 1 МГц, оставив при этом остальные параметры схемы без изменений?
28. Какие параметры модели Джилса-Атертона определяют форму петли гистерезиса магнитного материала, а какие — геометрические размеры сердечника?
29. Учитывает ли модель Джилса-Атертона динамические потери в ферромагнетике?
30. При моделировании перемагничивания сердечника на основе модели Джилса-Атертона как зависит мощность потерь на гистерезис от частоты?
31. Какие параметры модели Джилса-Атертона магнитного сердечника подвергаются оптимизации с помощью программы MODEL?
32. В каких файлах сохраняются координаты экспериментальных точек и паспортных данных электронных компонентов, модельные параметры которых оптимизируются программой MODEL?
33. На основе каких данных производится оптимизации параметров модели Джилса-Атертона конкретного магнитного материала?
34. Как сделать заготовку для модели нового электронного компонента в программе MODEL?
35. Содержимое каких полей экрана программы MODEL для магнитного сердечника появляется в заголовке окна атрибутов при постановке магнитного сердечника в схему?
36. Как изменить систему единиц вывода петли гистерезиса магнитного материала в программе MODEL? Какие возможны системы единиц для магнитного материала в программе MODEL?
37. Как изменить систему единиц вывода магнитной индукции B, напряженности магнитного поля H при моделировании переходных процессов в программе MICRO-CAP?
38. Какие точки на петле гистерезиса относятся к регионам 1, 2, 3 согласно идентификации, принятой в программе MODEL.
39. Как запустить оптимизацию модельных параметров в программе MODEL?
40. Как сделать оптимизированную модель доступной из схемного редактора программы MICRO-CAP?
41. Какие возможности предоставляет программа Ferrite Magnetic Design Tool?
42. . Что представляет собой ток намагничивания Im трансформатора. По какой формуле его следует рассчитывать для схемы двухобмоточного МЭ?
43. Какого вида нестационарные процессы будут происходить при передаче периодической последовательности прямоугольных однополярных импульсов через импульсный трансформатор на основе линейного сердечника. Как при этом будет изменяться ток намагничивания Im трансформатора?
44. Какого вида нестационарные процессы будут происходить при передаче периодической последовательности прямоугольных однополярных импульсов через импульсный трансформатор на основе нелинейного сердечника. Как при этом будет изменяться ток намагничивания Im трансформатора?
45. Почему при проектировании реального импульсного трансформатора необходимо проводить проверку величины перепада индукции DB (дельта B). Если предположить что сердечник линеен, то нужна ли такая проверка?
46. Какие особенности имеет режим Cursor Mode внутри режима анализа программы MICRO-CAP.
47. Что произойдет и изменятся ли качественно процессы, если в схеме рис. 5.7. амплитуду входного импульса увеличить в 10 раз (т.е. сделать равной 10В)?
48. Что произойдет и изменятся ли качественно процессы, если в схеме рис. 5.8. амплитуду входного импульса увеличить в 10 раз (т.е. сделать равной 10В)?
49. Является ли индуктивность намагничивания трансформатора схемы рис. 5.7. постоянной величиной, если нет, от каких переменных состояния схемы и как она зависит?
50. Является ли индуктивность намагничивания трансформатора схемы рис. 5.8. постоянной величиной, если нет, от каких переменных состояния схемы и как она зависит?
51. Как влияет немагнитный зазор на характеристику перемагничивания ферромагнитного сердечника?
52. Что представляет собой эквивалентная магнитная проницаемость сердечника с зазором, как она определяется?
53. В каких случаях может понадобиться введение зазора в магнитный сердечник при проектировании импульсного трансформатора?
54. Как определить индуктивность намагничивания трансформатора при перемагничивании его сердечника по частному несимметричному циклу?
55. Как определить индуктивность намагничивания трансформатора при перемагничивании его сердечника по частному несимметричному циклу с помощью программы MICRO-CAP?
56. Как определить среднее значение индуктивности намагничивания трансформатора при перемагничивании его сердечника по петле гистерезиса с помощью программы MICRO-CAP?
57. Как вывести на график зависимость тока намагничивания трансформатора от времени?
58. Особенности работы импульсного трансформатора на вентильную нагрузку.
59. Как изменится картина процессов (рис. 6.2), если вместо трансформатора с нелинейным сердечником использовать линейный трансформатор, состоящий из магнитосвязанных индуктивностей?
60. Промоделируйте процессы в датчике тока с линейным трансформатором. Величину индуктивности вторичной обмотки можно взять из расчета п. 11 или взять среднее значение индуктивности L2 в стационарном режиме перемагничивания сердечника схемы рис. 6.2. Объясните результат.
61. Как будет изменяться временные диаграммы стационарных процессов в схеме с линейным трансформатором при увеличении паразитной емкости C2? Объясните почему.
62. Что произойдет, если из схемы рис. 6.2 удалить конденсатор C2. Каковы будут временные диаграммы процессов?
63. Будет ли изменяться индуктивность катушки L2 при работе схемы рис. 6.2 в стационарном режиме. Как вывести на график индуктивность катушки, как определить среднее значение индуктивности за 10 периодов входного импульса?
64. Для чего в схеме датчика тока рис. 6.2 используется диод. Что изменится, если вместо него поставить закоротку. Промоделируйте процессы в схеме.
65. Какое существует фундаментальное правило восстановления магнитного состояния сердечника?
66. Как происходит восстановление магнитного состояния сердечника в схеме рис. 6.2 с диодом?
67. Как происходит восстановление магнитного состояния сердечника в схеме рис. 6.2 с закороткой вместо диода?