電氣工程計(jì)算機(jī)仿真513不控整流電路和電容性負(fù)載仿真

1、第五章第五章 電力電子變流電路的仿真電力電子變流電路的仿真5.1.3 不控整流電路和電容性負(fù)載仿真不控整流電路和電容性負(fù)載仿真工作原理及波形分析 基本工作過程 在u2正半周過零點(diǎn)至t=0期間，因u2ud，故二極管均不導(dǎo)通，此階段電容C向R放電，提供負(fù)載所需電流，同時(shí)ud下降。 至t=0之后，u2將要超過ud，使得VD1和VD4開通，ud=u2，交流電源向電容充電，同時(shí)向負(fù)載R供電。 電容被充電到t=時(shí)，ud=u2，VD1和VD4關(guān)斷。電容開始以時(shí)間常數(shù)RC按指數(shù)函數(shù)放電。 當(dāng)t=，即放電經(jīng)過-角時(shí)，ud降至開始充電時(shí)的初值，另一對(duì)二極管VD2和VD3導(dǎo)通，此后u2又向C充電，與u2正半周的情況

2、一樣。 5. 1. 3 不控整流電路和電容性負(fù)載仿真不控整流電路和電容性負(fù)載仿真5. 1. 3 不控整流電路和電容性負(fù)載仿真不控整流電路和電容性負(fù)載仿真輸出電壓平均值輸出電壓平均值 空載時(shí)，空載時(shí)， 重載時(shí)，重載時(shí)，Ud逐漸趨近于逐漸趨近于0.9U2=198V，即趨近于，即趨近于接近電阻負(fù)載時(shí)的特性。接近電阻負(fù)載時(shí)的特性。222 220 310 VdUU單相橋式不控整流電路仿真單相橋式不控整流電路仿真Diodeus us220vurudpowerguiContinuousisidicv+-Universal BridgeAB+-Multimeter3i+-i+- R200 C200u單相交流電

3、壓源通用橋開關(guān)器件選用二極管整流輸出電壓采用電容濾波多路測(cè)量器仿真步驟：仿真步驟：1. 建立仿真模型建立仿真模型 （1）打開仿真平臺(tái)，新建Model文件 （2）提取電路元件模塊 （3）布局，連線2. 設(shè)置模塊參數(shù)設(shè)置模塊參數(shù) 交流電壓源，通用橋，濾波電容和負(fù)載電阻 濾波電容：200F 負(fù)載電阻：分四種情況，開路、200、20 、2 。交流電壓源幅值相位頻率采樣時(shí)間測(cè)量選項(xiàng)：測(cè)量電源電壓通用橋橋臂數(shù)橋臂數(shù)阻尼電阻阻尼電阻阻尼電容，阻尼電容，inf表示無窮大表示無窮大電力電子器件選擇二極管電力電子器件選擇二極管導(dǎo)通電阻導(dǎo)通電阻導(dǎo)通電感導(dǎo)通電感晶閘管導(dǎo)通時(shí)正向壓降晶閘管導(dǎo)通時(shí)正向壓降不選擇測(cè)量項(xiàng)不選

4、擇測(cè)量項(xiàng)3. 設(shè)置仿真參數(shù)設(shè)置仿真參數(shù) 仿真起始時(shí)間0、終止時(shí)間0.08s、數(shù)值計(jì)算方法ode23tb或ode15s4. 啟動(dòng)仿真啟動(dòng)仿真5. 仿真結(jié)果整理和分析仿真結(jié)果整理和分析00.010.020.030.040.050.060.070.08-400-300-200-1000100200300400t/sus ud/Vb)00.010.020.030.040.050.060.070.08-400-300-200-1000100200300400t/sus ud/V00.010.020.030.040.050.060.070.08-400-300-200-1000100200300400t/

5、sus ud/Va)c)00.010.020.030.040.050.060.070.08-400-300-200-1000100200300400t/sus ud/Vd)負(fù)載R開路不同電阻負(fù)載時(shí)的電壓波形不同電阻負(fù)載時(shí)的電壓波形R=500R=20R=2R=200時(shí)的電流波形時(shí)的電流波形b)a)c)d)00.010.020.030.040.050.060.070.08-505101520t/sid/A00.010.020.030.040.050.060.070.0800.20.40.60.811.21.41.6t/sir/AiR00.010.020.030.040.050.060.070.08

6、-15-10-505101520t/sis/A00.010.020.030.040.050.060.070.08-505101520t/sic/AiC輸出電流id電容電流ic電源電流is電阻電流ir 隨著電阻減小，負(fù)載電流增加，輸出電壓波形波動(dòng)增大，隨著電阻減小，負(fù)載電流增加，輸出電壓波形波動(dòng)增大，說明不控整流電路電容濾波電路輸出電壓的平均值與負(fù)載大小說明不控整流電路電容濾波電路輸出電壓的平均值與負(fù)載大小有關(guān)，負(fù)載越大（負(fù)載電阻有關(guān)，負(fù)載越大（負(fù)載電阻R越?。?，電容放電速度越快。為越?。娙莘烹娝俣仍娇?。為了減小輸出電壓波動(dòng)，可以增加濾波電容量。了減小輸出電壓波動(dòng)，可以增加濾波電容量。 在啟

7、動(dòng)時(shí)，電源電流、輸出電流和電容電流都有較大的沖在啟動(dòng)時(shí)，電源電流、輸出電流和電容電流都有較大的沖擊，主要是電容從零狀態(tài)開始充電造成的。擊，主要是電容從零狀態(tài)開始充電造成的。uduuua)b)Oiaiddabac0dt3t基本原理基本原理 當(dāng)某一對(duì)二極管導(dǎo)通時(shí)，輸出直流電壓等于交流側(cè)線電壓中最大的一個(gè)，當(dāng)某一對(duì)二極管導(dǎo)通時(shí)，輸出直流電壓等于交流側(cè)線電壓中最大的一個(gè)，該線電壓既向電容供電，也向負(fù)載供電。該線電壓既向電容供電，也向負(fù)載供電。 當(dāng)沒有二極管導(dǎo)通時(shí)，由電容向負(fù)載放電，當(dāng)沒有二極管導(dǎo)通時(shí)，由電容向負(fù)載放電，ud按指數(shù)規(guī)律下降。按指數(shù)規(guī)律下降。電流電流id斷續(xù)和連續(xù)斷續(xù)和連續(xù) 比如在比如在V

8、D1和和VD2同時(shí)導(dǎo)通之前同時(shí)導(dǎo)通之前VD6和和VD1是關(guān)斷的，交流側(cè)向直流側(cè)的充是關(guān)斷的，交流側(cè)向直流側(cè)的充電電流電電流id是斷續(xù)的。是斷續(xù)的。 VD1一直導(dǎo)通，交替時(shí)由一直導(dǎo)通，交替時(shí)由VD6導(dǎo)通換相至導(dǎo)通換相至VD2導(dǎo)通，導(dǎo)通，id是連續(xù)的。是連續(xù)的。 電容濾波的三相橋式不可控整流電路及其波形電容濾波的三相橋式不可控整流電路及其波形三相橋式不控整流電路（略）三相橋式不控整流電路（略）輸出電壓平均值輸出電壓平均值 空載時(shí)，空載時(shí)， 重載時(shí)，重載時(shí)，Ud逐漸趨近于逐漸趨近于2.34U2=514.8V。 Ud在（在（2.34U2 2.45U2）之間變化。之間變化。262.45 220 539

9、VdUUudpowerguiContinuousiscisbisairidicUniversal BridgeABC+-Multimeter3Inductive sourcewith neutralNABCi+-i+-i+-i+- R C仿真步驟：仿真步驟：1. 建立仿真模型建立仿真模型 （1）打開仿真平臺(tái)，新建Model文件 （2）提取電路元件模塊 （3）布局，連線2. 設(shè)置模塊參數(shù)設(shè)置模塊參數(shù) 交流電壓源，通用橋，濾波電容和負(fù)載電阻 濾波電容：500F 負(fù)載電阻：分別取20、200 交流電壓源通用橋通用橋阻尼電阻和電容的設(shè)置 當(dāng)阻尼電阻設(shè)置為inf或阻尼電容設(shè)置為0時(shí)，無阻尼電路。 當(dāng)系統(tǒng)

10、離散時(shí)，為了避免產(chǎn)生數(shù)字震蕩，應(yīng)指定合適的阻尼電阻和電容。對(duì)于強(qiáng)迫換流器件（GTO、IGBT或MOSFET），只要有觸發(fā)脈沖送給開關(guān)器件，緩沖電路就可采用純電阻的緩沖電路。如果沒有觸發(fā)脈沖，通用橋工作于正向整流會(huì)反向整流狀態(tài)時(shí)，必須采用如下公式選擇合適的緩沖電阻和電容。SSS2TRCnS2n1000(2 )PCf V其中：Pn，變換器的額定容量 Vn，額定線電壓 f，基波頻率 Tn，采樣時(shí)間當(dāng)電力電子器件不導(dǎo)通時(shí)，阻尼電路漏電流小于0.1%額定電流；RC時(shí)間常數(shù)大于兩倍的采樣時(shí)間。該值可能與實(shí)際值不同3. 設(shè)置仿真參數(shù)設(shè)置仿真參數(shù) 仿真起始時(shí)間0、終止時(shí)間0.08s、數(shù)值計(jì)算方法ode23tb

11、或ode15s4. 啟動(dòng)仿真啟動(dòng)仿真5. 仿真結(jié)果整理和分析仿真結(jié)果整理和分析a) R=20時(shí)整流器輸出電壓時(shí)整流器輸出電壓b) R=20時(shí)整流器輸入電流（時(shí)整流器輸入電流（A相）相）00.010.020.030.040.050.060.070.080100200300400500600700t/sud/V00.010.020.030.040.050.060.070.08-40-30-20-10010203040t/sisa/Ac) R=20時(shí)整流器輸入電流（時(shí)整流器輸入電流（B相）相）00.010.020.030.040.050.060.070.08-200-150-100-50050t/s

12、isb/A圖圖5-35 三相不控整流電路電容電阻負(fù)載波形三相不控整流電路電容電阻負(fù)載波形d) R=20時(shí)整流器輸入電流（時(shí)整流器輸入電流（C相）相）00.010.020.030.040.050.060.070.08-50050100150200t/sisc/Ae) R=200時(shí)整流器輸出電壓時(shí)整流器輸出電壓f) R=200時(shí)整流器輸入電流（時(shí)整流器輸入電流（A相）相）00.010.020.030.040.050.060.070.08-1000100200300400500600700t/sud/V00.010.020.030.040.050.060.070.08-10-50510152025t

13、/sisa/Ah) R=200時(shí)整流器輸入電流（時(shí)整流器輸入電流（C相）相）00.010.020.030.040.050.060.070.08-50050100150200t/sisc/A圖圖5-35 三相不控整流電路電容電阻負(fù)載波形三相不控整流電路電容電阻負(fù)載波形g) R=200時(shí)整流器輸入電流（時(shí)整流器輸入電流（B相）相）00.010.020.030.040.050.060.070.08-200-150-100-50050t/sisb/A 三相整流時(shí)整流器輸出電壓波動(dòng)較單相整流小，整流器輸出電壓隨負(fù)載減?。娮鑂增加）略有增加，整流器輸入電流隨負(fù)載的減小而減小。 在啟動(dòng)時(shí)，三相的沖擊電流不

14、等，因?yàn)樵陔娫丛O(shè)置時(shí)A相相位取“0”，因此A相電壓從0上升，A相啟動(dòng)電流較小，而B相和C相電壓初值為0.5US，因此啟動(dòng)時(shí)沖擊電流較大，并且方向相反。上機(jī)問題上機(jī)問題（1）仿真步長(zhǎng)影響輸出波形）仿真步長(zhǎng)影響輸出波形 當(dāng)模型線性化較高時(shí)，采用變步長(zhǎng)仿真，仿真步長(zhǎng)會(huì)較大當(dāng)模型線性化較高時(shí)，采用變步長(zhǎng)仿真，仿真步長(zhǎng)會(huì)較大，波形會(huì)失真。如下圖單相不控整流電路仿真空載仿真時(shí)，采，波形會(huì)失真。如下圖單相不控整流電路仿真空載仿真時(shí)，采用變步長(zhǎng)仿真算法用變步長(zhǎng)仿真算法ode23tb。Diodeus 1us us220 vurudpowerguiContinuousisidiciRv+-Universal Br

15、idgeAB+-Multimeter4i+-i+- R200 C200 uususiCududidiR上機(jī)問題上機(jī)問題若若max step size(最大步長(zhǎng)最大步長(zhǎng))設(shè)置為：設(shè)置為：auto，則電壓電壓，則電壓電壓us和輸出和輸出電壓電壓ud波形如下圖，失真較大。波形如下圖，失真較大。上機(jī)問題上機(jī)問題若若max step size(最大步長(zhǎng)最大步長(zhǎng))設(shè)置為：設(shè)置為：1e-4，則電壓電壓，則電壓電壓us和輸出和輸出電壓電壓ud波形如下圖，失真較小。波形如下圖，失真較小。上機(jī)問題上機(jī)問題（2）若仿真模型中線路不完整，如有未連接器件，則換電腦）若仿真模型中線路不完整，如有未連接器件，則換電腦后，該

16、仿真模型可能打不開。后，該仿真模型可能打不開。 或所建模型中有漢字，或所建模型中有漢字， 換電腦換電腦后打不開。提示如下錯(cuò)誤?？蛇\(yùn)行如下指令：后打不開。提示如下錯(cuò)誤?？蛇\(yùn)行如下指令： bdclose all; set_param(0, CharacterEncoding, ISO-8859-1) ，或刪除模型中，或刪除模型中的中文字符。的中文字符。上機(jī)問題上機(jī)問題（3）當(dāng)用到）當(dāng)用到Simpowersystem模型庫中的模型時(shí)，仿真算法模型庫中的模型時(shí)，仿真算法一般選剛性積分算法，如一般選剛性積分算法，如ode23tb，ode15s，可得到較快的仿，可得到較快的仿真速度。（參考真速度。（參考67頁）頁）（4）113頁圖頁圖5-24，F(xiàn)cn模塊中，模塊中，Expression（表達(dá)式）對(duì)話（表達(dá)式）對(duì)話框應(yīng)為：框應(yīng)為：u(1)/