電力電子電路數(shù)字仿真專題報告

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)專心-專注-專業(yè)精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè) 電力電子電路數(shù)字仿真專題報告 學 生 姓 名： 班 級： 學 號： 指 導 教 師： 所 在 單 位： 提 交 日 期： 作業(yè)評分 一、概述電力電子技術是目前一門發(fā)展較為迅速的學科，是高新技術產業(yè)發(fā)展的主要基礎技術之一，是傳統(tǒng)產業(yè)改革的重要手段。伴隨人們用電需求提升，傳統(tǒng)電力系統(tǒng)問題日漸凸顯，電能的不穩(wěn)定波動等現(xiàn)象的加重放大了電力系統(tǒng)故障帶來的不利影響，使電力應用安全隱患的解決勢在必行。電力電子技術作為一種廣泛應用在電力系統(tǒng)中的電子技術形式，通過加強對電力系統(tǒng)中各個電

2、力電子器件的轉換和控制，提升了電力系統(tǒng)工作效率和資源的利用率，使高質量電能的獲得得到了保障，促進了電力系統(tǒng)更加穩(wěn)定、高效的運行。 二、基本原理（一）晶閘管1、工作原理晶閘管共有三個電極，即門極G、陽極A、陰極K，內部是PNPN四層半導體結構，分析工作原理時可以看作雙晶體管模型，如圖2-1所示。2、伏安特性（1）當晶閘管承受反向電壓時，不論門極是否有觸發(fā)電流，晶閘管都不會導通；（2）當晶閘管承受正向電壓時，僅在門極有觸發(fā)電流的情況下晶閘管才能導通；（3）晶閘管一旦導通，門極就失去控制作用，不論門極觸發(fā)電流是否還存在，晶閘管都保持導通；（4）若要使已導通的晶閘管關斷，只能利用外加電壓和外電路的作用

3、使流過晶閘管降到接近于零的某一數(shù)值下。 圖2-1 晶閘管的工作原理 圖2-2 晶閘管的伏安特性（）相位控制方式通過控制觸發(fā)角的大小，即控制觸發(fā)脈沖起始相位來控制直流輸出電壓的大小，這種方式稱為相位控制方式，簡稱相控方式?？煽卣麟娐分校{節(jié)觸發(fā)信號觸發(fā)角，可控制輸出電壓的大小，對應的還有斬波控制、SPWM控制。（三）單相全橋可控整流電路的基本工作原理在單相橋式全控整流電路中，兩只晶閘管VT1、VT3接成共陰極，兩只晶閘管VT2、VT4接成共陽極，每一只晶閘管是一個橋臂，其中VT1和VT4組成一對橋臂，VT2和VT3組成另一對橋臂。帶電阻負載的工作情況圖2-3帶電阻負載的單相橋式全控整流電路負載

4、為電阻的單相橋式全控整流電路的電路圖如圖2-3所示，在一個電源周期內電路的工作情況分析如下：在的正半周（即a點電位高于b點電位），若4個晶閘管均不導通，負載電流，負載電壓，VT1、VT4串聯(lián)承受電壓，設VT1和VT4漏電阻相等，各承受的一半，即。若在觸發(fā)角處給VT1和VT4加觸發(fā)脈沖，VT1和VT4即導通，電流從電源a端經VT1、R、VT4流回電源b端。當過零時，流經晶閘管的電流也降到零，VT1和VT4關斷。在負半周，仍在觸發(fā)延遲角處觸發(fā)VT2和VT3（VT2和VT3的觸發(fā)處為），VT2和VT3導通，電流從電源b端流出，經VT3、R、VT2流回電源a端。到過零時，電流又降為零，VT2和VT3關

5、斷。此后又是VT1和VT4導通，如此循環(huán)。帶阻感負載的工作情況圖2-4帶阻感負載的單相橋式全控整流電路阻感負載的單相橋式整流電路的電路圖如圖2-4所示，為便于討論，假設電路已工作于穩(wěn)態(tài)，的平均值不變。在的正半周期，觸發(fā)角處給晶閘管VT1和VT4加觸發(fā)脈沖使其開通，。負載中有電感存在使負載電流不能突變，電感對負載電流起平波作用，假設負載電感很大，負載電流連續(xù)且波形近似為一水平線。過零變負時，由于電感的作用晶閘管VT1和VT4中仍流過電流，并不關斷。至時刻，給VT2和VT3加觸發(fā)脈沖，因VT2和VT3本已承受正向電壓，故兩管導通。VT2和VT3導通后，通過VT2和VT3分別向VT1和VT4施加反壓

6、使VT1和VT4關斷，流過VT1和VT4的電流迅速轉移到VT2和VT3上，此過程稱換相。至下一周期重復上述過程，如此循環(huán)。三、MATLAB仿真與分析仿真模型及參數(shù)設置仿真模型在MATLAB中分別搭建帶電阻負載和帶阻感負載的單相橋式全控整流電路的仿真電路模型，并加入測量模塊和示波器模塊，仿真模型如圖4所示。圖3-1 單相橋式全控整流電路的仿真模型參數(shù)設置模塊參數(shù)交流電壓源：，；晶閘管：，；負載：，（帶電阻負載時）。圖3-2 交流電壓源參數(shù)設置 圖3-3 負載參數(shù)設置仿真參數(shù)脈沖發(fā)生器觸發(fā)信號1與2的振幅均為10V，周期為0.02s，脈沖寬度用脈沖周期的百分比表示，取5%。晶閘管的控制角以脈沖的延

7、遲時間t表示，設置仿真結束時間為0.2s。圖3-4 觸發(fā)信號1的參數(shù)設置 圖3-5 觸發(fā)信號2的參數(shù)設置仿真結果及分析為負載電壓波形，為負載電流波形，VT1:1為晶閘管電流波形，VT1:2為晶閘管電壓波形，為交流側電流波形。帶電阻負載角移相范圍為，晶閘管承受的最大正反向電壓分別為和。負載電壓平均值為（式3-1）負載電流平均值 （式3-2）晶閘管VT1、VT4和VT2、VT3輪流導電，流過晶閘管的電流平均值只有輸出的負載電流平均值的一半，即（式3-3）電源側二次電流有效值與輸出直流電流有效值I相等，為（式3-4）圖3-6 =0電阻負載時各電氣量波形圖3-7 =90電阻負載時各電氣量波形圖3-8

8、=180電阻負載時各電氣量波形帶阻感負載角移相范圍為，晶閘管承受的最大正反向電壓均為。負載電壓平均值為（式3-5）（3）晶閘管的導通角和控制角無關，均為有效值和平均值分別為：和。（4）電源側二次電流的波形為正負各的矩形波，其相位由角決定，有效值。圖3-9 =0阻感負載時各電氣量波形圖3-10 =30阻感負載時各電氣量波形圖3-11 =60阻感負載時各電氣量波形圖3-12 =90阻感負載時各電氣量波形諧波分析相控整流裝置在交流側和直流側都產生高次諧波，對于交流側相當于一個諧波電流源，對直流側相當于一個諧波電壓源。帶電阻負載交流側可寫成（式3-6）是周期為的周期函數(shù)，且滿足狄利赫里條件，根據(jù)傅立葉

9、級數(shù)分析，可將分解為傅立葉級數(shù)疊加的形式為 （式3-7） （式3-8）（式3-9）由式3-7、式3-8、式3-9得出結論：純電阻負載單相橋式全控整流電路交流側電流除基波成分之外，還包含3、5、7、9等奇次諧波，n次諧波電流的有效值與n及控制角有關。電流諧波總畸變率，為總諧波電流有效值，反應波形與正弦波形的相近程度，越相近，THD越小。圖3-13 =0電阻負載時交流側電流諧波圖3-14 =30電阻負載時交流側電流諧波圖3-15 =60電阻負載時交流側電流諧波可以看出，交流側諧波均為奇次諧波，且當控制角增大時，電流諧波總畸變率THD值隨之增大，電流波形和正弦波形相差越大。帶阻感負載交流側電流可表達

10、為（式3-10）是周期為的周期函數(shù)，且滿足狄利赫里條件，根據(jù)傅立葉級數(shù)分析，可將分解為傅立葉級數(shù)疊加的形式為 （式3-11） （式3-12） （式3-13）（式3-14）由式3-11、3-12、3-13、3-14得出結論：帶阻感負載的單相橋式全控整流電路交流側電流除基波成分外，還包含3、5、7、9等奇次諧波成分。圖3-16 =0阻感負載時交流側電流諧波圖3-17 =30阻感負載時交流側電流諧波圖3-18 =60阻感負載時交流側電流諧波圖3-19 =90阻感負載時交流側電流諧波可以看出阻感負載時，電流諧波總畸變率THD，隨著的增大而減小，而且也均為奇次諧波。當時，THD基本穩(wěn)定在40%50%之間，變化較小，而當時，THD明顯降低，時，,相對較小，說明此時相比較而言更接近正弦波形。四、結語通過對單相橋式整流電路的分析，借助MATLAB/Simulink與powersystem工具箱對整流電路建模，對帶電阻負載和阻感負載時電路的工作情況進行分析，驗證電阻負載時控制角的移相范圍是0180，此時負載電流并不連續(xù)；阻感負載時的移相范圍是090，因大電感的存在，此時電流連續(xù)。接著分析了交流側電流在兩種負載下的諧波情況，對電流總畸變率THD的變化作了總結。本次仿真得出的結論大體與理論一致，在諧波分析上比理論更直觀，也更深刻，引發(fā)了更多的疑問和更深