복합 3상 모델과 확장 3상 모델을 구축하고 시뮬레이션하기

이 예제에서는 순수 저항성 3상 부하를 구동하는 3상 AC 전압원의 동작을 시뮬레이션하는 간단한 Simscape™ Electrical™ 모델을 구축하고 분석합니다. 그런 다음 이 모델의 부하를 수정하여 다음으로 변경합니다.

무효 3상 부하
개별 상으로 확장된 저항성 3상 부하
각 상에서 저항이 같지 않은 확장된 3상 부하

이 예제에서 만드는 모델의 완성된 버전을 보려면 MATLAB^® 명령 프롬프트에 SimpleThreePhaseModel을 입력하십시오.

시스템 컴포넌트 블록을 선택하고 저항성 3상 모델 구축하기

Simulink^® 시작 페이지를 엽니다. MATLAB 홈 탭에서 Simulink 버튼을 선택합니다. 또는 명령줄에 다음을 입력합니다.
```
simulink
```

Simscape 섹션에서 Simscape Electrical을 사용하여 모델링하도록 미리 구성된 템플릿을 찾습니다. 전기 3상 템플릿을 선택합니다. 다음 블록을 포함하는 모델이 Simulink 캔버스에서 열립니다.

블록	목적	라이브러리
Scope	3상 시스템의 상 전압과 전류를 표시합니다.	Simulink > Sinks
Electrical Reference	전기 에너지 보존 포트에 접지 연결을 제공합니다.	Simscape > Foundation Library > Electrical > Electrical Elements
PS-Simulink Converter	물리 신호를 Simulink 신호로 변환합니다.	Simscape > Utilities
Simulink-PS Converter	Simulink 신호를 물리 신호로 변환합니다.	Simscape > Utilities
Solver Configuration	모든 물리 모델링 블록에 적용되는 솔버 설정을 정의합니다.	Simscape > Utilities
Grounded Neutral (Three-Phase)	3상 시스템의 각 상에 전기 접지 연결을 제공합니다.	Simscape > Electrical > Connectors & References
Line Voltage Sensor (Three-Phase)	3상 시스템의 선로간 전압을 측정하고 요소를 3개 가진 물리 신호 벡터를 출력합니다.	Simscape > Electrical > Sensors & Transducers

모델에는 Simscape 라이브러리와 Simscape Electrical 라이브러리의 블록에 대한 두 개의 링크도 포함되어 있으며, 더블 클릭하여 액세스할 수 있습니다. Simscape Electrical을 사용하여 모델링하기 위한 템플릿 사용에 대한 자세한 내용은 Simscape Electrical을 사용하여 아날로그 회로 아키텍처, 메카트로닉 시스템, 전력 시스템 모델링하기 항목을 참조하십시오.

Simulink-PS Converter 블록과 Line Voltage Sensor (Three-Phase) 블록을 삭제합니다.

다음 블록을 모델에 추가합니다.

블록	목적	라이브러리
RLC (Three-Phase)	3상 부하의 저항성, 유도성, 용량성 속성을 모델링합니다.	Simscape > Electrical > Passive > RLC Assemblies
Current Sensor (Three-Phase)	3상 부하의 각 상에 흐르는 전류를 해당 전류에 비례하는 물리 신호로 변환합니다.	Simscape > Electrical > Sensors & Transducers
Phase Voltage Sensor (Three-Phase)	3상 시스템의 각 상 간 전압을 해당 전압에 비례하는 물리 신호로 변환합니다.	Simscape > Electrical > Sensors & Transducers
Voltage Source (Three-Phase)	전압원에 흐르는 전류에 관계없이 출력 단자 간에 정현파 전압을 유지하는 이상적인 3상 전압원을 제공합니다.	Simscape > Electrical > Sources

PS-Simulink Converter 블록과 Grounded-Neutral (Three-Phase) 블록을 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭한 다음 끌어서 놓아 캔버스의 새로운 위치로 복사합니다.
Scope 블록의 입력 쪽을 클릭한 다음 표시되는 대화형 큐를 선택하여 블록에 두 번째 입력 포트를 추가합니다.
다음과 같이 블록을 연결합니다.
Open Simscape Library 및 Open Simscape Electrical Library라는 제목의 캔버스 주석을 제거합니다. MySimpleThreePhaseModel이라는 이름을 사용하여 모델을 저장합니다.
이 모델의 블록은 복합 3상 포트를 사용합니다. 자세한 내용은 3상 포트 항목을 참조하십시오.

시뮬레이션 파라미터 지정하기

Simscape 모델이 늘 그렇듯이, 토폴로지가 서로 다른 각각의 물리 네트워크에 Solver Configuration 블록이 하나씩 포함되어야 합니다. 이 모델에는 물리 네트워크가 하나 있으므로 Solver Configuration 블록을 하나 사용합니다.

Solver Configuration 블록에서 로컬 솔버 사용을 선택하고 샘플 시간을 0.0001로 설정합니다.
Simscape 기반 모델에서 로컬 솔버는 물리 네트워크 상태를 이산 상태로 표현하는 샘플 기반 솔버입니다. 대부분의 Simscape Electrical 모델에서 로컬 솔버가 적절한 첫 번째 선택입니다. 솔버는 샘플 시간에 의해 결정되는 시뮬레이션 시간 스텝마다 블록 상태를 한 번씩 업데이트합니다. 60Hz AC 시스템 시뮬레이션의 경우 적절한 샘플 시간은 대략 1e-4 단위의 값입니다. 솔버 옵션에 대한 자세한 내용은 Solver Configuration을 참조하십시오.
이산 솔버 대신 연속 솔버를 사용하려는 경우 Solver Configuration 블록에서 로컬 솔버 사용 체크박스를 선택 해제합니다. 그러면 시뮬레이션은 모델 구성 파라미터(모델링 > 모델 설정)에 지정된 Simulink 솔버를 사용합니다. Simscape Electrical 모델의 경우 적절한 솔버 선택은 반경직성 솔버 ode23t입니다. 60Hz AC 시스템의 경우 최대 스텝 크기 값을 대략 1e-4 단위의 값으로 지정합니다. 자세한 내용은 Variable-Step Continuous Explicit Solvers 항목을 참조하십시오.
Simulink 편집기에서 시뮬레이션 중지 시간을 0.1로 설정합니다.

임피던스 파라미터 불러오기

RLC 블록은 3상 부하의 저항성, 유도성, 용량성 특성을 모델링합니다. 컴포넌트 구조 파라미터를 사용하여 저항, 인덕턴스, 커패시턴스의 직렬 조합이나 병렬 조합을 지정할 수 있습니다.

RLC 블록에서 디폴트 값은 다음과 같습니다.

컴포넌트 구조 — R
저항 — 1Ω

디폴트 컴포넌트 구조 값인 R을 사용하면 순수 저항성인 3상 부하가 모델링됩니다. 각 상의 저항이 1Ω입니다.

표시 파라미터 지정하기

모델의 Sensor 블록들은 3상 시스템의 각 상의 전류와 전압을 비례하는 물리 신호로 변환합니다. PS-Simulink Converter 블록은 물리 신호를 Scope 블록에서 표시할 수 있는 Simulink 신호로 변환합니다.

이 세 가지 유형의 블록 중 Converter 블록에만 파라미터가 있습니다. 이 예제에서는 다음과 같이 설정합니다.
- PS-Simulink Converter1 블록의 출력 신호 단위를 V로 설정합니다. 이렇게 설정하면 블록은 입력되는 전압 신호와 동일한 크기의 신호를 출력합니다.
- PS-Simulink Converter2 블록의 출력 신호 단위를 A로 설정합니다. 이렇게 설정하면 블록은 입력되는 전류 신호와 동일한 크기의 신호를 출력합니다.
Scope 블록의 입력 신호에 레이블을 지정합니다. 각 선을 더블 클릭하고 모델 그래픽에 표시된 대로 적절한 레이블(Voltages 또는 Currents)을 입력합니다.

모델을 시뮬레이션하고 결과를 분석할 준비가 되었습니다.

저항성 3상 모델을 시뮬레이션하고 분석하기

모델을 저장합니다.
모델을 시뮬레이션합니다.
상 전류와 전압을 확인합니다. Scope 블록을 더블 클릭합니다.
스코프 메뉴에서 보기 > 구성 속성을 선택합니다. 레이아웃을 1×2 디스플레이로 설정합니다.
스코프 축을 데이터에 맞게 스케일링하려면 자동 스케일링 버튼 을 클릭합니다.

이 시뮬레이션에서 RLC (Three-Phase) 블록의 컴포넌트 구조 파라미터는 3상 부하의 전기적 특성이 순수 저항성임을 지정합니다. 따라서 3상 시스템의 각 상에서 전류와 전압은 서로 동일한 위상을 유지합니다. 각 상의 저항이 1Ω이므로, 상 전압의 크기는 상 전류의 크기와 같습니다.

무효 3상 모델을 시뮬레이션하고 분석하기

모델을 수정하여 무효 부하를 생성할 수 있습니다. 무효 부하는 유도성 특성이나 용량성 특성을 갖습니다.

SimpleThreePhaseModelReactive라는 이름을 사용하여 이 버전의 모델을 저장합니다.
RLC (Three-Phase) 블록에서 다음과 같이 설정합니다.
- 컴포넌트 구조를 Series RL로 설정
- 인덕턴스를 0.002로 설정
모델을 시뮬레이션합니다.
시뮬레이션 결과를 확인합니다. 스코프 축을 자동 스케일링합니다.
결과를 더 자세히 살펴봅니다. 예를 들어 확대/축소 버튼 을 클릭한 다음 플롯 중 하나의 처음 1/3 부분을 드래그해서 선택합니다.

3상 부하의 전기적 특성은 더 이상 순수 저항성이 아닙니다. 부하가 유도성 특성을 갖기 때문에 각 상에 흐르는 전류가 전압에 뒤처집니다.

확장된 평형 3상 모델 만들기

처음에 만든 저항성 3상 모델 MySimpleThreePhaseModel을 엽니다.
RLC (Three-Phase) 블록을 삭제합니다.
Simscape > Electrical > Connections & References 라이브러리에서 Phase Splitter 블록의 복사본 두 개를 모델로 끌어서 놓습니다.
Phase Splitter 블록 중 하나를 좌우 반전합니다. 블록을 선택합니다. 툴스트립의 형식 탭에서 좌우를 반전합니다 를 클릭합니다.
Simscape > Foundation Library > Electrical > Electrical Elements 라이브러리에서 Resistor 요소를 모델로 끌어서 놓습니다.
더 많은 컴포넌트를 위한 공간을 만들려면 Resistor 요소 레이블을 숨깁니다. Resistor를 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭한 다음 형식 > 블록 이름 표시를 선택하여 이 옵션을 선택 해제합니다.
Resistor 요소의 복사본을 두 개 더 만듭니다.
다음과 같이 컴포넌트를 연결합니다.
이 버전의 수정된 모델을 SimpleThreePhaseModelExpandedBalanced라는 이름을 사용하여 저장합니다.
이 모델 이름은 이전에 RLC 블록에 의해 모델링된 부하가 이제 개별 상으로 확장되었음을 반영합니다. 부하는 여전히 평형 상태입니다. 즉, 각 상에 동일한 저항이 있습니다.

확장된 불평형 3상 모델 만들기

상 하나의 저항을 변경하여 SimpleThreePhaseModelExpandedBalanced의 부하를 불평형 상태로 만듭니다. c상 저항기 요소를 더블 클릭합니다. 저항을 2로 변경합니다.
이 버전의 수정된 모델을 SimpleThreePhaseModelExpandedUnbalanced라는 이름을 사용하여 저장합니다.
이 모델 이름은 이전에 RLC 블록에 의해 모델링된 3상 부하가 개별 상으로 확장되었음을 반영합니다. 부하는 불평형 상태입니다. 즉, 한 상의 저항이 다른 두 상보다 큽니다.

확장된 평형 모델과 불평형 모델을 시뮬레이션하고 결과 분석하기

SimpleThreePhaseModelExpandedBalanced 모델을 시뮬레이션합니다. Simulink 탐색기의 메뉴 모음에서 실행 버튼을 클릭합니다.
시뮬레이션 결과를 확인합니다. Scope 블록을 더블 클릭합니다.
스코프 축을 데이터에 맞게 스케일링하려면 자동 스케일링 버튼 을 클릭합니다.
SimpleThreePhaseModel에서 RLC (Three-Phase) 블록의 컴포넌트 구조 파라미터는 3상 부하가 순수 저항성임을 지정합니다. 이 버전의 모델에서는 부하가 각 상의 개별 저항 요소로 확장되었지만 각 상의 저항은 변경되지 않았습니다. 3상 시스템의 각 상에서 전류와 전압은 서로 동일한 위상을 유지합니다. 각 상의 저항이 1Ω이므로, 상 전압의 크기는 상 전류의 크기와 같습니다.
이러한 결과를 3상 저항성 모델의 결과와 비교하면 복합 3상 포트가 있는 블록(원래 모델의 RLC (Three-Phase) 블록)이 확장된 위상과 동일한 충실도의 결과를 생성한다는 것을 볼 수 있습니다.
SimpleThreePhaseModelExpandedUnbalanced 모델을 엽니다.
모델을 시뮬레이션합니다. 스코프 축을 자동 스케일링합니다.

이 버전의 모델에서 3상 부하의 c상은 다른 두 상의 저항의 2배입니다. 따라서 두 번째 플롯에서 보이듯이 해당 상에는 절반의 전류가 흐릅니다. 그러나 부하가 순수 저항성을 유지하므로 전압과 전류는 서로 동일한 위상을 유지합니다.