BGModeller Напряжения всех портов одинаковы; алгебраическая сумма токов равна нулю. Этот узел не означает землю.
Руководство BGModeller
Электрика AC
Справочник компонентов · соответствует библиотеке Elements.
Electrical AC → Primitives / AdvancedV / AКомплексные действующие значения
При расчёте установившегося режима AC уравнения напряжений и токов решаются совместно, поэтому назначение причинности не требуется. Причинность не назначается, и её штрихи на схеме не отображаются. Можно сразу нажать Simulate; нажатие Analyze необязательно.
Электрические компоненты AC используют тот же язык связных графов, что и гидравлика, механика и электрика во временной области, включая DC. Давлению и расходу соответствуют напряжение и ток; в установившемся режиме AC их амплитуды и фазы представлены комплексными действующими значениями.
Установившийся одночастотный расчёт сети с линейными элементами и регулируемыми P/Q-нагрузками в комплексных действующих значениях. Соглашение exp(+jωt); P + jQ = U conjugate(I). Положительная Q соответствует индуктивной нагрузке. Линейные составные блоки раскрываются в 0/1/R/C/I/Se/Sf. Электронная нагрузка добавляет нелинейный закон P/Q. Поля начальных условий, время и шаг интегрирования не участвуют в расчёте.
Выберите Electrical AC → Advanced, добавьте ввод, кабели и нагрузки. Узел 0 используется для разветвлений L и N. Укажите общую частоту в настройках и нажмите Calculate AC. Results содержит таблицу, Export CSV сохраняет её. Изменение параметров делает результаты устаревшими.
Primitives
Общее напряжение
Общий ток
Токи последовательной ветви согласованы; алгебраическая сумма напряжений равна нулю. Знаки задаёт порядок концов связей.
Сопротивление
U = R I. Постоянное положительное сопротивление в Ω.
Индуктивность
U = j 2π f L I. Положительная индуктивность в H. Начальное состояние в расчёте AC не используется.
Ёмкость
U = I / (j 2π f C). Положительная ёмкость в F. Начальное состояние в расчёте AC не используется.
Фазор напряжения
Действующее напряжение и фаза в градусах на частоте модели. Только постоянный фазор.
Фазор тока
Действующий ток и фаза в градусах на частоте модели. Положительный ток направлен из источника.
Advanced
Ввод AC
Порты L и N. E = voltage_rms exp(j phase); VL − VN = E + (R + jωL) IL, ток IL входит в L. Задаются внутренние сопротивление и индуктивность. N соединяется с нейтральной шиной и опорой напряжения. Результаты: напряжение на клеммах и отдаваемая мощность; потери источника R |IL|².
Двухжильный кабель
Вход L1/N1, выход L2/N2. Для каждой жилы R = ρ length / area, L = inductance_per_m length. Длина в одну сторону. Сечение сохраняется в m², в интерфейсе вводится в mm². Приближённое удельное сопротивление при 20 °C: медь 1.724×10⁻⁸ Ω m, алюминий 2.82×10⁻⁸ Ω m. Потери обеих жил R (|IL1|² + |IN1|²). Выходное напряжение VL2 − VN2. ΔU = |Uin| − |Uout|. Нет расчёта нагрева, допустимого тока, взаимной индуктивности, PE и утечек.
Нагрузка с постоянным импедансом
Порты L и N. Параметры: номинальные действующее напряжение, активная мощность, PF (0 < PF ≤ 1), индуктивный/ёмкостный характер и номинальная частота. Qnom = ±Pnom tan(acos(PF)); Znom = Unom² / conjugate(Pnom + jQnom). Эквивалент — последовательные R–L или R–C. При изменении частоты модели физические R, L, C сохраняются. Фактическая мощность зависит от напряжения. Нет стабилизации мощности, пуска двигателя и гармоник.
Электронная нагрузка P/Q
Порты L и N. U = VL − VN; S = P + jQ = U conjugate(IL); IN = −IL. Следовательно, IL = conjugate(S/U). P — неотрицательная входная активная мощность AC в W с учётом потерь преобразования, а не выходная мощность DC. Q в var положительна для индуктивного и отрицательна для ёмкостного характера. При P = Q = 0 ток равен нулю. По умолчанию P = 500 W, Q = 0 var, диапазон напряжения 90–264 V RMS. Минимальное напряжение положительно; максимальное больше минимального.
Заданные P/Q поддерживаются в пределах рабочего диапазона. Выход за него даёт AC_PQ_VOLTAGE_RANGE: нет скрытого отключения или замены нагрузки сопротивлением. P/Q и PF относятся к основной синусоидальной составляющей, не учитывают гармоники и искажения тока. Пусковые токи, заряд батареи, динамика преобразователя и этапы зарядки не моделируются.
Линейная часть сводится к напряжениям и откликам токов на клеммах нагрузок. Метод Ньютона с уменьшением шага и постепенным увеличением P/Q от нуля решает V = V0 + H conjugate(S/V). Линейные схемы по-прежнему решаются напрямую. Напряжения линейной сети при отключённых P/Q-нагрузках должны быть определены. Разомкнутое питание и плавающие участки диагностируются. Отсутствие напряжения даёт AC_PQ_NO_SUPPLY; несходимость или близкая к вырождению граница провала напряжения — AC_PQ_NOT_CONVERGED. Несходимость сама по себе не доказывает отсутствие математического решения. Выбирается ветвь, связанная с режимом нулевой нагрузки; динамическая устойчивость и единственность не проверяются.
Выключатель
Порты A и B. Замкнут: VA − VB = R IA, IB = −IA. Разомкнут: IA = IB = 0 точно. Положение фиксировано на время расчёта. Срабатывание защиты и переходный процесс не моделируются. Неопределённые потенциалы изолированных участков диагностируются.
Опора напряжения
Один порт E, VE = 0. Задаёт математический нулевой потенциал. Это не защитный проводник PE и не заземлитель.
Измерение напряжения
Порты P и N. U = VP − VN; IP = IN = 0. Идеальный дифференциальный измеритель без нагрузки. Фаза нулевого сигнала не определена.
Примеры и проверка
Two PN1000M, refrigerator and air conditioner: все четыре нагрузки работают одновременно от одного источника 220 V / 50 Hz. Каждый БП отдаёт 500 W DC при принятом КПД 90%: входные 555.56 W AC и Q = 0. Холодильник потребляет 150 W / +112.5 var, кондиционер — 1200 W / +581.19 var электрической мощности. Всего нагрузки потребляют 2461.11 W / +693.69 var без потерь проводки. Сохраняются допущения отдельных примеров ниже. Четыре независимых кабеля L/N в том же порядке имеют длины 20, 12, 20 и 12 m, медь 2.5 mm², индуктивность 0.3 μH/m на жилу и замкнутый выключатель 0.001 Ω в каждой ветви. Общий редактируемый кабель L/N соединяет источник с обеими шинами ветвей: приняты длина в одну сторону 10 m, медь 2.5 mm² на жилу и индуктивность 0.3 μH/m на жилу. Источник сохраняет R = 0.12 Ω и L = 0.15 mH. Опорный потенциал расположен со стороны источника перед нейтралью общего кабеля; обе жилы включены в расчёт без обходного соединения. Строка SharedFeeder показывает напряжение шин, суммарный ток, потери обеих жил и ΔU = |Uвх| − |Uвых|. Параметры кабеля иллюстративные и не являются рекомендацией по подбору сечения. Суммарный ток — модуль комплексной суммы токов ветвей, а не сумма их действующих значений. Сводка включает потери обеих жил общего кабеля и кабелей ветвей, потери контактов, суммарные потери проводки и отдельно внутренние потери источника. Потери кабеля: 2ρl|I|²/A; контакта: R|I|². Мощность на выходе источника равна мощности нагрузок плюс потери проводки; идеальный источник дополнительно покрывает внутренние потери. P/Q постоянны в принятом диапазоне 180–250 V; пуск, циклическое включение, гармоники и динамика управления исключены. Модель: electrical_ac_combined.
Refrigerator and air conditioner — assumed running loads: холодильник и кондиционер работают одновременно при 220 V / 50 Hz. Холодильник: P = 150 W, принятый cos φ = 0.80 с отставанием тока, Q = +112.5 var. Кондиционер: электрическая входная мощность P = 1200 W, принятый cos φ = 0.90 с отставанием тока, Q = +581.19 var. Q = P tan(acos(PF)); в модели значение сохраняется без округления. Это иллюстративные допущения, а не паспортные данные или измерения. Входная мощность включает потери прибора и не является холодопроизводительностью. Блоки P/Q сохраняют заданные мощности как приближение одного рабочего режима; управление двигателем или инвертором не моделируется. Расчётный диапазон 180–250 V принят для примера и не является паспортными порогами защиты. Кабели холодильника 20 m и кондиционера 12 m имеют иллюстративные параметры, указанные ниже. Источник питает обе нагрузки и потери проводки. При снижении напряжения токи растут при постоянных P/Q; реальное поведение приборов может отличаться. Пуск, циклическое включение, оттайка, изменение скорости и гармоники исключены. PF здесь относится к основной гармонике, а не к полному коэффициенту мощности с учётом искажений. Модель: electrical_ac_appliances.
Two DeepCool PN1000M — 50% DC load: два блока питания номиналом 1000 W, каждый отдаёт 500 W DC. Входная мощность каждого P = 500 / 0.90 = 555.56 W AC, Q = 0 var. Производитель указывает КПД не менее 90% при нагрузке 50% и активную коррекцию коэффициента мощности. Здесь КПД 90% принят постоянным для сценария, а Q = 0 — допущение об основной гармонике, а не измеренный полный PF или отсутствие гармоник. Диапазон расчёта 180–250 V выбран для примера и не является порогами защиты производителя. Источник 220 V / 50 Hz и кабели 20 m / 12 m имеют иллюстративные параметры, указанные ниже. Суммарное потребление БП — 1111.11 W без потерь проводки; потери преобразования 55.56 W на каждый БП уже включены в P. Для другой нагрузки задайте active_power = мощность DC / принятый КПД. При снижении питания до 200 V оба тока растут, а P/Q сохраняются.
Constant-P/Q battery charger: зарядное устройство с входными 1200 W / 0 var и диапазоном 180–250 V рядом с резистивной нагрузкой номиналом 800 W. При снижении питания с 220 до 200 V зарядное устройство сохраняет 1200 W и увеличивает ток, а мощность резистивной нагрузки падает. Это иллюстративный установившийся режим, без модели батареи и процесса зарядки. Тесты проверяют независимое решение квадратного уравнения для одной P/Q-нагрузки и балансы мощности при нескольких нагрузках.
В меню примеров доступны две схемы: 220 V / 50 Hz и 120 V / 60 Hz. В каждой ввод с R = 0.12 Ω и L = 0.15 mH питает две параллельные ветви. Кабели: 20 и 12 m, медь 2.5 mm², 0.3 μH/m на жилу. Выключатели замкнуты, R = 0.001 Ω. Нагрузки при 220 V: 2000 W / PF 1 и 800 W / PF 0.8 (индуктивная). При 120 V: 1200 W и 500 W с теми же PF. Это иллюстративные параметры, а не подбор кабеля или защиты.
Проверка примера: Zветви = Zнагрузки + 2Zжилы + Rконтакта; Y = Σ(1/Zветви); Uшин = E/(1 + Zисточника Y); Iветви = Uшин/Zветви. Суммарная отдаваемая мощность равна мощности нагрузок плюс потери кабелей и контактов. Эти независимые формулы используются в автоматических тестах.
Границы модели
Нет расчёта защитных автоматов, УЗО, аварий, температуры, нормативного выбора сечений и гармоник. Electrical AC нельзя смешивать с временными моделями других областей. Частота положительная и общая для всех источников. Отсутствие опоры, плавающие участки, конфликты идеальных источников и точный идеальный резонанс могут давать вырожденную систему; успешный результат в этом случае не выдаётся.