計算機仿真技術(shù)作業(yè)二(共15頁)

1、計算機仿真技術(shù)作業(yè)(zuy)二題目：帶電容濾波的三相(sn xin)不控整流橋仿真姓名(xngmng)：班級：學號：計算機仿真技術(shù)作業(yè)(zuy)二題目(tm)：帶電容(dinrng)濾波的三相不控整流橋仿真利用simpowersystems建立三相不控整流橋的仿真模型。輸入三相電壓源，線電壓380V，50Hz，內(nèi)阻0.001歐姆。三相二極管整流橋可用“Universal Bridge”模塊，二極管采用默認參數(shù)。直流濾波電容3300F，負載為電阻。仿真時間0.3s。注：前三項只考慮穩(wěn)態(tài)情況，第四項注重啟動過程。1、直流電壓與負載電阻的關(guān)系：分別仿真整流電路空載及負載電阻為10、1和0.1歐姆時的

2、情況。記錄直流電壓波形，根據(jù)仿真結(jié)果求出直流電壓，并比較分析其與負載的關(guān)系。 2、電流波形與負載的關(guān)系：分別仿真負載電阻為10、1.67和0.5時的情況。記錄直流電流和a相交流電流，并分析規(guī)律。3、平波電抗器的作用直流側(cè)加1mH電感。分別仿真輕載50歐姆和重載0.5歐姆時的情況，記錄直流和交流電流波形，并計算交流電流的THD。仿真同樣負載條件下，未加平波電抗器的情況，并加以比較分析。4、抑制充電電流的方法觀察前述仿真中，啟動時的直流電流大小，分析原因，提出解決方法并進行仿真驗證。注意事項：在使用simpowersystems模塊后必須使用PowerGUI1、直流電壓與負載電阻的關(guān)系(gun x

3、)：分別仿真整流電路空載及負載電阻為10、1和0.1歐姆(u m)時的情況。記錄(jl)直流電壓波形，根據(jù)仿真結(jié)果求出直流電壓，并比較分析其與負載的關(guān)系。 按照下圖建立三相橋式不可控整流電路模型，在圖中我接入了2個示波器，scope和scope1， 其中scope測量交流側(cè)線電壓和直流電壓，scope1測量交流側(cè)電流和直流側(cè)電流，除此之外，我還用mean value模塊接入了display模塊，其中mean value用來計算平均值，display可以實時顯示輸出的數(shù)據(jù)，所以可以直觀的觀察到直流電壓的平均值。對仿真模式進行設置，系統(tǒng)默認的仿真算法為ode45,但使用ode45仿真過慢，經(jīng)過嘗試

4、，我將仿真算法改為ode23tb，使用變步長仿真，最大步長設置為1e-5，仿真時間為0.00.3s。此時能夠較準確地進行波形顯示。具體仿真參數(shù)設置如下圖所示。線路空載時，阻值設為inf，代表阻值此時為無窮大。（1）、空載(kn zi) （2）、電阻(dinz)10歐姆 （3）、電阻(dinz)1歐姆（4）、電阻(dinz)0.1歐姆由以上(yshng)波形可以得出直流電壓和負載電阻的關(guān)系，空載時負載電阻近似無窮大，直流電壓波形(b xn)為直線，隨著負載增大，負載電阻減小，電壓的紋波增大，但是電壓的平均值減小。2、電流(dinli)波形與負載的關(guān)系：分別仿真負載電阻為10、1.67和0.5時的

5、情況。記錄直流電流和a相交流電流，并分析規(guī)律。由scope1觀察記錄a相交流電流和直流電流。（1）、電阻10歐姆電壓(diny)電流放大（2）、電阻(dinz)1.67歐姆電壓(diny)電流放大（3）、電阻(dinz)0.5歐姆電壓電流(dinli)放大由以上各波形（時間分度值相同）可知，隨著負載電阻減小，負載增大，直流電壓和a相交流(jioli)電壓均增大，同時波形均變得更加平滑。負載電阻1.67時直流電流處于(chy)臨界，負載電阻0.5時直流電流連續(xù)(linx)，負載電阻10時直流電流斷續(xù)。由分析可知，RC=3為臨界條件，而c=3300f,所以R=3/(330010-6 250)=1.

6、6715,即要求中給定的電阻值1.67，所以仿真結(jié)果很準確。3、平波電抗器的作用直流側(cè)加1mH電感。分別仿真輕載50歐姆和重載0.5歐姆時的情況，記錄直流和交流電流波形，并計算交流電流的THD。仿真同樣負載條件下，未加平波電抗器的情況，并加以比較分析。示波器兩幅曲線中上曲線為交流側(cè)電流，下曲線為直流側(cè)電流。1、未加電感50歐姆0.5歐姆2、加電感(din n)50歐姆(u m)0.5歐姆(u m)串聯(lián)平波電抗器后波形展寬，更加平緩，波形得到很大的改善，可以清晰的觀察到直流波形和交流波形的CF（峰值因數(shù)）變小。THD（諧波總畸變率）也變小，而輕載(qn zi)比重載THD減小的更加明顯。4、抑制

7、(yzh)充電電流的方法觀察前述仿真中，啟動時的直流電流大小，分析原因，提出(t ch)解決方法并進行仿真驗證。如圖所示為帶1mH平波電感，直流濾波電容3300F，輕載50時的交流側(cè)電流和直流側(cè)電流，上電瞬間達到913.5A,充電時間約為5ms，5ms后電容電壓達到最大值，而此時電流也將為0,此后電流穩(wěn)定，最大不超過20A左右。下圖為交流電壓和電容濾波后的直流電壓波形圖開始(kish)時電流是一個很窄的脈沖電流，此電流經(jīng)過整流二極管對電容充電，而其它(qt)較長的時間里，只由電容向負載供電。方法(fngf)一：如果將直流濾波電容改為2200F，再次仿真，可以看出啟動時充電電流減小至735A,充

8、電時間減小至4ms。上電瞬間流過整流橋二極管的電流波形是個很高的脈沖,此電流的大小與電容的容量有關(guān)系, 和負載沒有關(guān)系,電容越大,脈沖越高.一旦這個很高的脈沖電流過后,其充電電流就不是很大了,此時如果負載保持不變,充電電流也基本恒定,如果負載突然變小,充電電流也會突然增加。電容越大、電容內(nèi)阻越小、變壓器二極管內(nèi)阻越小，脈沖寬度就越小，脈沖電流越大。方法二：為濾波電容設置初始值，相當于對電容進行預充電，可以看到充電電流明顯減小。濾波電容初始電壓300V濾波電容初始(ch sh)電壓500V可見(kjin)初始電壓(diny)越高，充電電流越小，抑制效果越好。方法三：在起動的瞬間，交流輸入電壓通過

9、整流器對電容器進行充電。電容器的等效串聯(lián)阻抗很小，并且通常采用多個電容器并聯(lián)使用，使得其阻抗更小；因此起動沖擊電流很大。對輸入回路的斷路器和整流器也是一個很大的負荷，因此需要考慮設計電流抑制電路防止在起動時的電流沖擊。加入常開繼電器可有有效解決穩(wěn)態(tài)的時候的功耗問題。起動時，由于起動電阻串接在輸入回路中，可把沖擊電流限制到我們所希望的范圍內(nèi)。當電容器充有足夠的電壓、認為起動過程可以結(jié)束時，通過繼電器將限流電阻旁路（短接）。 如果我們將起動電流限制到負載電流的水平，啟動過程是比較安全的，不過由于電容較大，導致對電阻的功耗要求非常高（同上面第二個考慮因素），因此采用常規(guī)電阻可能問題較大。 = 1 *

10、 GB3 、在交流側(cè)三相均串入理想(lxing)開關(guān)將運行時間設為1s。可以看到在開始的充電過程中，由于開關(guān)緩沖電阻的存在(cnzi)，沖擊電流大大減小，然而在0.5s（階躍時間）仍會出現(xiàn)一個沖擊電流。此沖擊電流出現(xiàn)的原因是在00.5s時電路串入緩沖電阻，此電阻阻值較大，分壓相對較多，當0.5s時開關(guān)導通，電阻大大減小，電阻分壓減小，電源電壓降在電容上，電容上產(chǎn)生了較大的電壓差，ic=cdudt，因此(ync)在電容上形成了新的沖擊電流。理想開關(guān)參數(shù)設置 = 2 * GB3 、只將一個(y )理想開關(guān)串入在直流側(cè)理想開關(guān)(kigun)參數(shù)設置不變。 可見將理想開關(guān)串接在直流側(cè)效果更好。 = 3

11、 * GB3 、更改理想開關(guān)(kigun)參數(shù)，將通態(tài)阻抗加大為1歐姆可見此時的波形效果最好，但是實際生活中是不可以電阻(dinz)長時間處于工作狀態(tài)而不切除電阻，因為電阻功率小，體積因而也小，電流長期流過電阻，將會使其燒毀。三、比較(bjio)與分析在實際(shj)工作中可以選用負溫度系數(shù)的NTC的電阻進行調(diào)節(jié)。在起動過程剛開始時，電路有較強的抑流能力；隨著起動過程的進行，負溫度系數(shù)電阻的阻值下降，使電容器的充電電流又不至于太小，起動過程不至過長。在小功率的時候可直接采用 NTC電阻不加入繼電器。不過具有一定的風險性，由于溫度過低，在啟動電流不大的時候，NTC電阻在啟動后很長時間內(nèi)沒法升至工作溫度，阻值一直不能下降至工作范圍，就使得啟動過程不正常。如果負載電流很小的時候，整個電路不