Моделирование пульсаций мостового выпрямителя

[Егм]

SYN - СПАСИБО ! ! !
Помогли понять почему стабилизаторы в БП сгорали .

[Игорь 2]

LTSpice

Да этих моделировщиков очень много. К примеру, у меня обычно идёт Мультисим, начинался он очень давно, по-моему, вначале был EWB 512, потом сменили название, наклепали кучу версий, хотя, глюков так и остаётся вагон и тележка, причём порой на элементарных схемах.
Красный трек - напряжение на выходе при тех же условиях..

[0лег]

Да этих моделировщиков очень много. К примеру, у меня обычно идёт Мультисим

Я ведь и не утверждал, что LTSpice - это единственный существующий SPICE симулятор. Не так ли?
Каждый выбирает и использует сам.

наклепали кучу версий, хотя, глюков так и остаётся вагон и тележка, причём порой на элементарных схемах

Игорь, если Вы используете Multisim и видите проблему, то почему бы не использовать какую-то форму обратной связи? Не всегда ведь разработчикам удается отловить ошибки. Не факт, что подправят, но, возможно, хотя бы обратят внимание. Ну и на многих форумах часто обсуждают как лучше смоделировать ту или иную цепь.

Собственно, к чему я изначально упомянул SPICE симуляторы и LTSpice в частности.
Вопрос собственно в следующем. Есть ли большой смысл писать системы дифференциальных уравнений, писать и отлаживать программы для их численного решения, если уже есть готовые и мощные инструменты для решения поставленной задачи?
Конечно, каждый принимает решение сам, но по-моему затраты времени и сил на решение задачи моделирования гораздо меньше, если использовать то, что уже придумано и опробовано.

Сколько ушло времени на написание уравнений и отладку программы моделирования для элементарной cхемы выпрямителя? Полагаю, что не один час.
А нарисовать и смоделировать эту схему в симуляторе - несколько минут.

Хотя если нравится сам процесс решения задачи, то почему бы и не поковыряться с уравнениями. Мне самому было даже интересно вспомнить мат. анализ. 

Но опять повторюсь - я никого не агитирую  .

[0лег]

Я поинтересовался есть ли сейчас бесплатная версия Multisim.
Насколько я понимаю, можно загрузить оценочную (evaluation) версию на 45 дней, после этого надо купить лицензию, а она недешевая.
Есть онлайн версия Multisim (multisim.com), но бесплатная (базовая) подписка очень сильно ограничивает доступный функционал.

Так что c сейчас Multisim всё как-то не очень радужно.

[Игорь 2]

Так что c сейчас Multisim всё как-то не очень радужно.

Да, официально там не очень...

если Вы используете Multisim и видите проблему, то почему бы не использовать какую-то форму обратной связи?

Так у меня безлицензионный вариант, есть подозрение, что не прислушаются...

по-моему затраты времени и сил на решение задачи моделирования гораздо меньше, если использовать то, что уже придумано и опробовано.

Ну, тут нужен индивидуальный подход - несмотря на наличие моделировщиков, у меня сотни пресет в Маткаде, и написаны они, отнюдь, не из-за желания поддерживать свои математические навыки, ведь в моделировщиках, к примеру, найти максимум какой-либо величины в зависимости от номиналов, не всегда быстро и очевидно, а в Маткаде - три секунды...

[0лег]

Ну, тут нужен индивидуальный подход - несмотря на наличие моделировщиков, у меня сотни пресет в Маткаде, и написаны они, отнюдь, не из-за желания поддерживать свои математические навыки, ведь в моделировщиках, к примеру, найти максимум какой-либо величины в зависимости от номиналов, не всегда быстро и очевидно, а в Маткаде - три секунды...

Здесь я полностью согласен. Если есть заранее подготовленные модели, то надо их использовать.
Я имел в виду разработку "с нуля" того, что легко моделируется бесплатными программами.

[SYN]

SYN - СПАСИБО ! ! !
Помогли понять почему стабилизаторы в БП сгорали .

Не знаю чем именно помог, но все равно рад, что что-то оказалось полезным 

Я имел в виду разработку "с нуля" того, что легко моделируется бесплатными программами.

Если речь идет о необходимости быстрого получения результата для конкретной схемы, то возиться с уравнениями, при наличии готовых средств, конечно не стоит. К слову, про multisim я конечно знаю. Но по большому счету писать уравнения стоит, просто из спортивного интереса, в конечном счете это может быть даже увлекательным занятием. Да и практически может оказаться полезно. К примеру ту самую модель П-контура теперь можно использовать для анализа его работы, точно так же определять подавление гармоник (хотя это менее удобно чем "традиционнымии" средствами, но можно) или исследовать его поведение при подаче на вход каких-то сложных сигналов. Точно так же может потребоватьсмя решение задачи для которой никаких симуляторов не существует, в т.ч. это может быть совсем не связано с электричеством, какая-то механика, любая другая область наук. Сами по себе уравнения это ведь и есть главный симулятор, модель процесса. Писать с нуля программу решения для этого каждый раз не обязательно. У меня давным-давно написан модуль решения систем ДУ, хотя они есть и чужой разработки, остается просто записать нужную систему или одиночное уравнение, начальные условия и вперед. 

То есть, интересует реальное падение напряжения на диоде при работе на ёмкостную нагрузку.

Чуть посчитал, через неизменную дельту напряжения на диоде считать малопригодно, потому что результат, при такой нагрузке (разряжаться кондеру почти не на что, хотя заряжается он долго, в тех микроскопических единицах времени), предсказуем, напряжение просто стремится к амплитудному минус дельта.  Для точного расчета нужно писать аппроксимирующую модель диода и брать дельту в функции токового импульса через диод, этот импульс посчитать можно. Все это не так уж сложно, но честно говоря заморочисто и главное, при малых импульсах тока эта дельта вряд ли будет сильно меняться, мне так кажется.

ps Хотя вот при 10 Вольтах на выходе получилось 9.5В при 10 кОм, уже меньше чем 10 минус дельта. А при 100 кОм нагрузки больше. Нужно много просчетов и правильно задаться выходным сопротивлением источника. Задал выходное сопротивление больше, на выходе получилось меньше 9-ти Вольт.

ps В уравнение, для учета напряжения диода, просто добавляется, после E, минус дельта, коммутация то же должна осуществляться с учетом дельты.
---
Изменение при "медленно" меняющейся нагрузке (CLC фильтр). В промежутке времени 0,2-0,4 с нагрузка плавно меняется с 5 до 15 кОм.

[SYN]

Формула, учитывающая падение напряжения на диоде Ud, для низковольтных выпрямителей. Резистор R1 коммутируется по условию Uc > E-Ud.

[0лег]

Но по большому счету писать уравнения стоит, просто из спортивного интереса, в конечном счете это может быть даже увлекательным занятием.

Согласен с данным утверждением. Основной мотив для повторного решения уже решённых кем-то задач - это интерес к процессу и возможность убедиться что "всё так и есть".

Точно так же может потребоватьсмя решение задачи для которой никаких симуляторов не существует, в т.ч. это может быть совсем не связано с электричеством, какая-то механика, любая другая область наук.

Да, это совершенно очевидно. Я занимался решением некоторых задач из области прикладной электродинамики для которых не было ни проверенных методик ни, тем более, каких-то "симуляторов". Естественно, в таких случаях создается система уравнений с учетом допустимых упрощений и уже далее проводится исследование на основе построенной модели.

[SYN]

Я надеюсь, что эта тема в любом случае полезна интересующимся. Даже несмотря на то, что рассматриваются задачи, как Вы отметили, ранее уже решенные. Собственно говоря, в противном случае, и назначение любого радиофорума можно поставить под сомнение, учитывая, что те же передатчики были давно изобретены, а методики их расчета изложены в многочисленных книгах. И, к тому же, никто не может никому запретить решить задачу повторно и независимо, тем более, что многочисленные программы дают результат без объяснения методов их работы, либо, если дают, в слишком обобщенном виде. Напротив, очень хорошо, что есть возможность делиться результатами своих изысканий и устройством методов их получения. В этом есть природа человеческой любознательности, иначе все было бы скучно, пресно и не интересно.
---

Вот еще интересный расчет. Работа трансивера через П-контур на вход усилителя с ОС. Вход П-контура 50 Ом, выход П-контура 200 Ом. Здесь зеленая линия это не ЭДС, а именно напряжение на входе П-контура. Сиреневая линия выходное напряжение.
Первые 2 картинки, П-контур с добротностью 1,9 (почти возможный минимум). Первый рисунок нагрузка ровно 200 Ом, второй рисунок пол-периода 100 Ом, вторые пол-периода 10 кОм.
Вторые 2 картинки все тоже самое, но добротность контура равна 5.
Хорошо видно, что во втором случае искажения при несимметричной нагрузке хоть и есть, но они менее выражены. Можно так же обратить внимание на то, что при Qn=5 амплитуда выхода набирает полное значение медленнее, контур дольше запасает энергию.

[UA9OC]

Чуть посчитал, ....результат... предсказуем, напряжение просто стремится к амплитудному минус дельта. 

Нет. Ни практикой не подтверждается "просто дельта", ни моделью от WB- по крайней мере, у меня 
Я запускал модель на WB, у меня вышло, что дельта на диоде  1N5711 при работе на ёмкость 1 мкФ при среднем токе 1мА ( типичное решение у авторов разных измерителей КСВ и мощности) составляет 1,2 В. Модель куда-то припрятал, сходу найти не получилось  . А на практике - сделал нагрузку с трансформатором тока, с подачей 10 В на детектор, и оказалось, что "модельная" дельта 1,2 В - многовато ( критерий - КПД каскада на лампе за  80 %  ) , а 0,4 - совсем мало... Где-то оптимум 0,9....1,0 В с  головкой  миллиамперметра на 1 мА при крайнем значении, а если полшкалы - там уже 0,6. С головкой 100 мкА ( нагрузка 100 кОм) поменьше будет, но тоже не 0,4 В для диода Шоттки...
Правда, один из авторов КСВ-метра применил такую методику калибровки - выставляет с трансивера типа "100 Вт" на нагрузке 50 Ом, и подстроечным резистором регулирует напряжение на входе АЦП так, чтобы было 100 Вт на мониторе- типа всё сразу и учтётся ( естественно, все нужные коэффициенты в формулах уже подсчитаны под идеальные диоды, без дельты). А потом - нагрузку 100 Ом - и КСВ=2 на мониторе другим подстроечником. Дёшево и сердито - и для практики достаточно  , и до 2 кВт меряем  .

[SYN]

UA9OC, значит остаются какие-то неучтенные факторы для данного случая. Например какое выходное сопротивление источника выпрямителя применять, от этого зависит напряжение, получаемое на выходе. Там ведь, в схемах, стоит резистор в цепи выпрямления (я об этом сразу и не вспомнил). Если принять значение 50 Ом, то при паспортной дельте диода 0,4 В у меня получилось на выходе такое значение.

Код: [Выделить]

Построение графика выходного U выпрямителя
 ----------------------------------------------------

 U вторичной обмотки (эфф.), В =      7.071
 R вторичной обмотки трансформатора, Ом =     50.000
 R нагрузки, Ом =  10000.000
 C конденсатора, мкф =      1.000
 ----------------------------------------------------

 Umax =      8.993
 Umin =      8.993

Потеряли около 1 В.
А дельта получалась при сопротивлении R1 в доли Ома.
Ну и выпрямитель здесь считался однополупериодный, конечно.

ps Вот такие примеры уже долго считаются, даже на моем новом компе. Секунды. Что в общем не удивительно, с учетом того, что каждый импульс раскладывается на тысячи итераций (в данном случае 1 период = 2500), а частота здесь 14 Мгц. Плюс запись данных в файл. Ну и фактически 2 просчета для вычисления Umax и Umin.

[SYN]

Еще расчет, здесь генератор формирует ЭДС в виде полупериода, а не синусоиды напряжения, угол отсечки 90 градусов. Входное сопротивление 1000 Ом, выходное 50 Ом, Qn контура = 12. При этом интересно отметить, что амплитуду полупериода напряжения пришлось установить 400 В. Сперва, на минутку, был озадачен, потом дошло. Коэффициент Берга для данного угла отсечки равен 0.5, значит амплитуда 1-й гармоники 200В, а далее с учетом внутреннего сопротивления источника, равного в данном расчете тем же 1000 Ом, получаем на входе как раз 100 В амплитуды. Отсюда следует, что входное сопротивление смоделировалось правильно. Отсюда же становится понятна работа лампы (пентода/тетрода) как генератора тока. Говоря простым языком лампа "впихивыает" в контур расчетный импульс тока, откуда на его первой гармонике рождается заданное значение амплитуды напряжения 1-й гармоники, это просто проверяется по закону Ома.

[UA9OC]

Нашел я свою модель в мультисим.
Это мой первый опыт работы с этим софтом, может, я где и накосячил - но получается при 1 мА среднего тока выпрямленное на 1,15 В меньше, чем амплитудное, при работе на ёмкость 1 мкФ.

[Игорь 2]

В Мультисиме рекомендую использовать только низкие частоты, те же 10 МГц переводить на 10 кГц с пропорциональным изменением ёмкостей и индуктивностей. 
Программа и так глючная, а на ВЧ ещё больше чудит...