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전자 시스템 네트워크, 메카트로닉 시스템 네트워크, 전력 시스템 네트워크의 빌드 및 시뮬레이션
다음과 같은 필수적인 모델링 기법과 시뮬레이션 기법에 대해 알아봅니다.
복합 3상 포트와 확장 3상 포트 간 전환
물리 신호와 전기 포트 간 전환
열 포트를 사용하여 열 효과 시뮬레이션
도움말 항목
- Essential Electrical Modeling Techniques
Apply Simscape™ modeling rules when you build electronic, mechatronic, and electrical power system networks using Simscape Electrical™.
- 3상 포트
3상 선로의 복합 포트 또는 단상 선로의 확장 포트를 사용하여 3상 블록을 연결합니다.
- Switch Between Physical Signal and Electrical Ports
Switch between a physical signal port and an electrical conserving port on a Simscape Electrical block.
- Selecting the Output Model for Logic Blocks
Explore the two output models available for logic blocks.
- Simulating an Electronic, Mechatronic, or Electrical Power System
Explore best practices and techniques for simulating Simscape Electrical models.
- Simulating Thermal Effects in Semiconductors
Simulate generated heat and device temperature by using the thermal ports.
- Simulating Thermal Effects in Rotational and Translational Actuators
Simulate generated heat and device temperature by using the thermal ports.
- Photovoltaic Thermal (PV/T) Hybrid Solar Panel
Model a multi-domain power cogeneration system using Simscape, Simscape Electrical, and Simscape Fluids™.
- Build and Simulate a Single-Phase Half-Bridge Inverter with Ideal Switches
Build a Simscape Electrical model of a single-phase half-bridge inverter with ideal switches, run the model, and examine the results.
- Build and Simulate Single-Phase Half-Bridge Inverter with Ideal Switches and Thermal Port
Build a Simscape Electrical model of a single-phase half-bridge inverter with ideal switches and a thermal port, run the model, and examine the results.
추천 예제
PWM 전압원과 H-Bridge 드라이버로 DC 모터 제어하기
이 예제에서는 Controlled PWM Voltage 블록과 H-Bridge 블록을 사용하여 DC 모터를 제어하는 방법을 보여줍니다. DC Motor 블록은 2,500rpm에서 10W의 기계적 파워를 제공하며, DC 공급 전압이 12V일 때 무부하 상태에서 4,000rpm 속도로 회전합니다. 따라서 PWM 기준 전압을 최댓값 5V로 설정하면 모터는 4,000rpm으로 작동합니다. PWM 기준 전압을 2.5V로 설정하면 모터는 약 2,000rpm으로 회전합니다. 이 예제에서는 빠른 시뮬레이션을 위해 Controlled PWM Voltage 블록과 H-Bridge 블록의 시뮬레이션 모드 파라미터를 Averaged로 설정합니다. 평균화된 동작을 검증하려면 Controlled PWM Voltage 블록과 H-Bridge 블록의 Simulation mode 파라미터를 모두 PWM으로 설정합니다.
연산 증폭기를 사용한 삼각파 생성기 모델링하기
이 예제에서는 2개의 Band-Limited Op-Amp 블록을 사용하여 삼각파 생성기를 모델링하는 방법을 보여줍니다. 회로의 첫 번째 단은 op-amp로 구성된 비교기를 나타냅니다. 2개의 Diode 블록은 비교기의 출력을 ±5V로 제한하는 제너 다이오드를 모델링합니다. 이러한 제한은 구형파를 생성합니다.
아날로그 안티에일리어싱 필터
이 예제에서는 A/D 변환 컨버터에 사용할 안티에일리어싱 필터의 아날로그 구현을 보여줍니다. 필터 차단 주파수는 1kHz의 A/D 변환 컨버터 샘플링 주파수와 일치시키기 위해 500Hz로 설정됩니다. 테스트 신호에는 원하는 50Hz 정현파와 1kHz A/D 변환 샘플링 주파수로 캡처할 수 없는 1100Hz의 고주파수 성분이 포함되어 있습니다. 스코프는 안티에일리어싱 없이 캡처된 신호와 안티에일리어싱을 사용해 캡처된 신호를 표시합니다. 안티에일리어싱 필터 사용 시, 50Hz 사인파 진폭이 진폭 1과 그에 대응하는 전력 0.5W(즉, 1옴 기준 부하에 대해 27dBm)로 올바르게 측정됩니다.
555 타이머를 사용한 PWM 회로
이 예제에서는 비안정(astable) 모드의 555 타이머를 사용하여 구현된 PWM(펄스 폭 변조) 출력을 보여줍니다. 듀티 사이클은 전위차계 P1에 의해 설정됩니다. 전위차계는 듀티 사이클 제어 노브를 통해 런타임 중에 제어됩니다. 스코프는 555 타이머의 결과 출력을 표시합니다. 시뮬레이션을 종료하려면 중지 버튼을 클릭합니다.
펠티어 소자를 열전 냉각기로 사용
이 예제에서는 온도가 섭씨 50도인 고온부가 있는 펠티어 소자가 냉각 모드로 동작하는 방법을 보여줍니다. 냉각 모드에서 펠티어 셀의 COP(성능 계수)는 TEC(열전 냉각기)를 통해 전달된 총 열을 전기 입력 전력으로 나눈 값입니다(COP = Qc/Pin).
전력 보조 조향
이 예제에서는 전력 보조 자동차 조향 장치에서 운전자가 가하는 힘을 증대하기 위해 영구자석 동기모터(PMSM)를 사용하는 방법을 보여줍니다.
IGBT 열 손실 정량화
이 예제에서는 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT)의 스위칭 손실과 전도 손실에 기반한 온도 프로파일의 생성을 보여줍니다. 2개의 벅 컨버터가 있습니다. 한 컨버터에서는 IGBT가 Foster 열 모델에 연결됩니다. 또 다른 컨버터에서는 IGBT가 Cauer 열 모델에 연결됩니다. 열 모델에 대한 파라미터는 대략 동등한 결과를 제공하기 위해 조정됩니다. 시뮬레이션 시간 50ms에서 구동 주파수는 40kHz에서 20kHz로 변경되며, 이에 따라 전도 손실은 증가하고 스위칭 손실은 감소합니다. 손실의 변화는 그에 상응하는 IGBT 온도의 변화를 초래합니다.
벅 컨버터 전압 제어
이 예제에서는 벅 컨버터의 출력 전압을 제어하는 방법을 보여줍니다. 듀티 사이클을 조정하기 위해 Control 서브시스템은 PI 기반 제어 알고리즘을 사용합니다. 입력 전압은 시뮬레이션 과정 전체에서 일정한 것으로 간주합니다. 가변 저항기가 시스템에 부하를 제공합니다. 총 시뮬레이션 시간(t)은 0.25초입니다. t = 0.15초에서 부하가 변경됩니다.
연료전지 성능 분석
이 예제는 공칭 파라미터를 갖는 정전압 상태의 Fuel Cell 블록이 다양한 수소 압력에서 변동하는 연료 유량으로 동작하는 모습을 보여줍니다. 전달되는 전력은 수소 압력의 함수로서 수소 압력에 따라 달라집니다.
3상 포트 유형의 비교
이 예제에서는 복합 3상 포트와 확장 3상 포트를 비교하여 보여줍니다. 첫 번째 회로는 복합 3상 포트로 구성된 전압원을 보여줍니다. Phase Splitter 블록은 Simscape™ Foundation Library의 전기 요소에 대한 인터페이스를 제공합니다. 두 번째 회로는 Simscape Foundation Library의 전기 요소에 직접 연결할 수 있는, 확장 3상 포트를 갖도록 구성된 전압원을 보여줍니다. 모델링 옵션 마스크 파라미터를 사용하여 복합 3상 포트에서 확장 3상 포트로 전압원을 변경할 수 있습니다.
3상 2레벨 PWM 생성기
이 예제에서는 컨버터를 제어하기 위해 PWM 생성기(3상, 2레벨)를 사용하는 방법을 보여줍니다. PWM 생성기에 대한 입력은 기준 AC 파형과 400V의 DC 링크 전압입니다. 제어기 파형에 대한 시간 스코프가 한 개 있습니다.
3상 3레벨 PWM 생성기
이 예제에서는 3레벨 컨버터를 제어하기 위해 PWM Generator (Three-phase, Three-level)를 사용하는 방법을 보여줍니다. 상부 공급 전압과 하부 공급 전압은 DC 링크 커패시터 전압의 균형을 유지하는 중성점 제어기에 입력됩니다. 기준 AC 파형은 PWM 생성기에 대한 입력값으로 사용됩니다. 제어기 파형에 대한 시간 스코프가 1개 있습니다.
자기 히스테리시스가 있는 사용자 지정 솔레노이드
이 예제에서는 리턴 스프링으로 인해 이동이 제한된 솔레노이드를 보여줍니다. 자기 히스테리시스는 Reluctance with Hysteresis 라이브러리 블록을 사용하여 모델링됩니다.
평균값 초퍼 제어
이 예제에서는 4사분면 초퍼를 제어하는 방법을 보여줍니다. Control 서브시스템은 출력 전류를 제어하기 위해 간단한 PI 기반 제어 알고리즘을 구현합니다. 평균값 초퍼 모델은 시뮬레이션 속도를 높이는 데 사용됩니다. 시뮬레이션은 양의 기준과 음의 기준을 모두 사용합니다. 총 시뮬레이션 시간(t)은 1초입니다. t = 0.5초에서 부하 DC 전원 E의 극성이 변경됩니다.
Energy Scavenger
How the performance of a rotational energy scavenger can be explored using a simple representative model. Electrical energy is produced from an off-center mass attached to the shaft of a DC motor. The mass, geometry, motor and electrical parameters must be matched to the expected mechanical excitation. The generated electrical power is less than the extracted mechanical power primarily due to motor winding losses and viscous damping for the rotor. This example is based on Nunna, K. "Constructive interconnection and damping assignment passivity-based control with applications", Imperial College London (2014). The model here is simplified in that the DC-DC converter is omitted.
