Принципы построения спектральных моделей устройств силовой электроники с примерами программ вы найдете в литуратуре, которая помещена на этом сайте в разделе "Учебные пособия". В разделе"Статьи" имеются примеры использования спектрального моделирования для различных преобразователей, вплоть до таких сложных для анализа устройств как матричный преобразователь частоты.

ЗАЧЕМ НУЖНЫ СПЕКТРАЛЬНЫЕ МОДЕЛИ?

Большинство устройств силовой электроники сложно описать аналитически. Обычно мы проводим анализ «на бумаге», пользуясь усредненными моделями. Однако усредненные модели -  неполные, в них отбрасываются высокочастотные составляющие. Как правило, априорно оценить присущие усредненным моделям погрешности невозможно. Такие модели не дают возможности получить спектральные характеристики, корректно рассчитать фильтры.

В последние годы появились мощные пакеты универсальных программ, которые позволяют на основе заданной электрической схемы устройства промоделировать электромагнитные процессы. Возможности таких пакетов программ очень велики, но, как и в любых универсальных моделях, их быстродействие и производительность малы в силу избыточности самой модели.

Для обеспечения высокого качества электрической энергии на входе и (или) выходе ключевых преобразователей применяют различные виды широтно-импульсной модуляции (ШИМ).  Наличие множества (до нескольких сот) межкоммутационных интервалов на периоде повторения затрудняет моделирование. Использование пакетов универсальных программ для моделирования ключевых преобразователей вызывает трудности, связанные с большими затратами времени на проведение модельного эксперимента. В связи с этим на таких моделях затруднен просмотр множества режимов работы и подбор параметров элементов при поиске оптимальных решений.

Преимуществами в этом плане обладают спектральные модели.

    Впервые применил спектральное моделирование в силовой электронике профессор Новосибирского электротехнического института Г. В. Грабовецкий еще в конце 60-х г.г. ХХ века. Ему удалось создать корректную модель   непосредственного преобразователя частоты. Однако при использовании спектральных моделей, базирующихся на описании преобразователя с помощью переключающих функций, возникала проблема: а как аналитически задать временное положение переключающей функции? В статье [Чаплыгин Е.Е., Малышев Д.В. СПЕКТРАЛЬНЫЕ МОДЕЛИ АВТОНОМНЫХ ИНВЕРТОРОВ НАПРЯЖЕНИЯ С ШИРОТНО-ИМПУЛЬСНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ / «Электричество» № 8, 1999] мы предложили дополнить спектральную модель своеобразным модулятором, преобразующим управляющий сигнал во временной интервал, и тем самым сняли эту проблему. Реализуются спектральные модели в базисе MathCad .

  К числу достоинств  спектральных моделей относятся:

- возможность непосредственного моделирования установившегося режима без затраты времени на расчет переходных процессов,

- простота составления программы, основанной на использовании стандартных расчетных блоков,

-  высокая производительность модели, которая по меньшей мере на порядок превышает показатели моделей на основе стандартных пакетов программ,

- простота процедуры изменения параметров элементов, как и изменения силовой схемы и алгоритма управления.

Спектральные модели позволяют промоделировать множество режимов, выявить критические режимы, определить и оптимизировать параметры элементов силовой схемы и характеристики преобразователя.

Наряду с этим спектральное моделирование имеет органические недостатки:

- невозможность анализа процессов в системах с замкнутым контуром управления (это ограничение можно  обойти при допущении об абсолютной устойчивости системы управления при априорном задании моментов коммутации ключей),

- необходимость идеализации схемы инвертора (идеальные ключи, идеальные источники питания).

Существует возможность в значительной мере преодолеть эти ограничения, воспользовавшись итерационными методами.

Для моделирования устройств силовой электроники не существует моделей, обладающих универсальными достоинствами. Спектральное моделирование не заменяет традиционные методы моделирования, а дополняет  их. Сочетание различных методов моделирования в конечном счете позволяет сократить затраты времени на модельный эксперимент и проектирование устройства.