計算機仿真作業(yè)3

北京交通大學電氣工程學院

計算機仿真技術實驗報告

一實驗3三相橋式全控整流橋仿真

一、實驗目的

1.通過改變仿真中觸發(fā)角alpha大小，觀察阻性負載情況下直流

側電壓、直流側電流、晶閘管兩端電壓變化；

2.通過改變仿真中觸發(fā)角alpha大小，觀察阻感性負載情況下直

流側電壓、直流側電流、晶閘管兩端電壓變化；

3.通過有添加續(xù)流二極管的電路仿真波形與未加續(xù)流二極管的電

路仿真波形進行對比，得到續(xù)流二極管對于電路波形的影響；

4.通過改變仿真中觸發(fā)角alpha大小，觀察帶反電動勢負載情況

下直流側電壓、直流側電流變化；

5.通過交流側添加電抗與未添加電抗的波形對比，記錄直流電壓、

交流電流和整流器出口的交流電壓波形，得到交流側電抗對波

形的影響。

二、實驗內(nèi)容

利用simpowersystems建立三相全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?？捎谩癠niversal

Bridgev模塊。

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1.帶電阻負載的仿真。負載為電阻1歐姆。仿真時間0.2s。改

變觸發(fā)角alpha,觀察并記錄alpha=3090120度時Ud、U.、Id

的波形。并畫出電路的移相特性Ud=f(aIpha);

2.帶阻感負載的仿真。R=1歐姆，L=10mH,仿真時間0.2s。不

接續(xù)流二極管。改變觸發(fā)角alpha,觀察并記錄alpha=306090度

時Ud,U“i,Id的波形。并畫出電路的移相特性Ud=f(aIpha);

當觸發(fā)角為30度時，從第六個周期開始移去A相上管的觸發(fā)脈

沖，觀察并記錄移去觸發(fā)脈沖后Ud.Uvt,Id的波形。并分析故障現(xiàn)象；

3.帶阻感負載的仿真R=1歐姆,L=10mH。仿真時間0.2s。接續(xù)流

二極管。改變觸發(fā)角alpha,觀察并記錄alpha=306090度時

Ud,Uvt,Id的波形。并畫出電路的移相特性Ud=f(aIpha);

4.帶反電動勢負載。將負載改為直流電源E=40V,R=2歐姆。接

平波電抗器Ld=10mH,觀察并記錄不同alpha時輸出電壓Ud和Id的

波形；

5.交流側電抗的影響。直流側為電阻負載，1歐姆。交流側串

聯(lián)0.1mH電感，觀察記錄直流電壓、交流電流和整流器出口的交流電

壓波形，計算直流電壓降落值。

三、實驗步驟

由于電力電子系統(tǒng)為剛性系統(tǒng)，所以進行如下設置：

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*karanwtvrvtnrw/x.onf*gurM>on

S?1E：_________________SxaulationtiM

SolverStarttia?:0.0|Stoptiaa:0.2

Datalapon/lxport

Optiaisttion

Solvtioption

Diacnottic*

Haxdvaxelapleaentd..Type：■—|Solver:[oda21tb(?tiff/TR-BE>F2)

HodelRef?r?ncinf

SiaulationT*rg?tlaxstep?ise:1e-4Relativetolerance:l?-3

-CodeGeneration

Ixnstepffize:autoAbsolutetolerance:auto

HDLCodeGeneration

Initial*t?ptit*:autoAll

-SuJItchanic*K

Sialechaxucs2GSolvarr?s?tMthod:,5▼

>Kab?rofcwutcxrt'v*am1

SolverJaeobitnaathodi|auto

Ta*kin<and$?pl?tiMoptionf

T*skut(aod*forp<riodicxaaplatiAtf:Au，o

Autoasticallyhandlerotetransitionfordatatransfer

Higherpriorityvalueindicateshighertarkpriority

Zero-croMinfoptions

Zero~crostin<control:Ux?local：Alcontha:

T1Mtolerance:l0?128??p?Slcnalthreshold:，「"

Nunb?rofcont?cvtserocrM?in(g：1000

[0?]C?nc?l^):H?2

1.帶電阻負載的仿真:

根據(jù)實驗要求搭建原理圖如下:

2.帶阻感負載的仿真：

根據(jù)實驗要求搭建原理圖如下:

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3.帶阻感負載，接續(xù)流二極管:

根據(jù)實驗要求搭建原理圖如下：

4.帶反電動勢負載：

根據(jù)實驗要求搭建原理圖如下:

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h—I

?S

5.交流側添加電抗:

根據(jù)實驗要求搭建原理圖如下:

四、實驗截圖及分析

1.帶電阻負載的仿真：

①alpha=30:

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直流側電壓Ud波形:

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晶閘管兩端電壓U,波形:

D

，?白U-、

②alpha=90:

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直流側電壓Ud波形:

直流側電流Id波形:

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晶閘管兩端電壓U,波形:

③alpha=120:

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直流側電壓Ud波形:

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晶閘管兩端電壓U,波形:

④改變觸發(fā)角alpha,得到如下數(shù)據(jù):

觸發(fā)角UD

0496.3

10512.4

20510

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30496.8

40480.9

50470.3

60419.2

70229.4

80133.8

9075.58

1000.004481

1100.003367

1200.001848

可以得下圖:

Ud-alpha

Ud

600

500?■*

400

\—系列1

300

「一系列2

200

100

011■11111111.1.

0102030405060708090100110120alpha

實驗結果分析：

由仿真波形得知，當觸發(fā)角小于等于90°時，由于是純電阻性負載，

所以Ud波形均為正值，直流電流Id與Ud成正比，并且電阻為1歐

姆，所以直流電流波形和直流電壓波形一樣。隨著觸發(fā)角增大，在電

壓反向后管子即關斷，所以晶閘管的正向?qū)〞r間減少，對應著輸出

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平均電壓逐漸減小，并且當觸發(fā)角大于60°后Ud波形出現(xiàn)斷續(xù)。而

隨著觸發(fā)角的持續(xù)增大，輸出電壓急劇減小，最后在120°時幾乎趨

近于0。對于晶閘管來說，在整流工作狀態(tài)下其所承受的為反向阻斷

電壓。移相范圍為0~120。

2.帶阻感負載的仿真:

①alpha=30:

直流側電壓Ud波形:

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直流側電流Id波形:

晶閘管兩端電壓U,波形:

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Ml

②aIpha=60:

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晶閘管兩端電壓U,波形:

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③alpha=90:

.*??**.

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直流側電流Id波形:

晶閘管兩端電壓U,波形:

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Rs<GUTA

④當觸發(fā)角為30度時，從第六個周期開始移去A相上管的觸發(fā)脈沖:

A相上管觸發(fā)脈沖為：

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直流側電壓Ud波形:

直流側電流Id波形:

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晶閘管兩端電壓U,波形:

⑤對④中的故障分析：

當移去A相上管的觸發(fā)脈沖后，A相上管在第六個周期開始不能正常

的導通，這就使得C相上管所加電壓仍為正向電壓而無法正常的關

斷，持續(xù)導通一段時間后，B相電壓變?yōu)檎?，C相上管立即關斷，隨

后B相觸發(fā)脈沖到來，B相正常觸發(fā)導通，再后來C相正常觸發(fā)導通。

對于T1管來說，由于不能正常的導通，所以，其輸出電壓在當應該

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為交替的相電壓，而不會出現(xiàn)導通時那樣持續(xù)一段時間為0。對于輸

出直流電流來說，由于有一相不能正常的輸出，所以會使其平均值減

小，并且出現(xiàn)較大的波動。

⑥改變觸發(fā)角alpha,得到如下數(shù)據(jù):

觸發(fā)角UD

0496.9

10513.2

20510.3

30496.1

40479.9

50469.7

60417.8

70300.6

80191.8

90103.5

10043.43

11014.03

由上表可得:

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Ud-alpha

實驗結果分析：

對于阻感性的負載，當觸發(fā)角小于60°時，整流輸出電壓波形與純

阻性負載時基本相同，所不同的是，阻感性負載直流側電流由于有電

感的濾波作用而不會發(fā)生急劇的變化，輸出波形較為平穩(wěn)。而當觸發(fā)

角大于等于60°小于90°時，由于電感的作用，延長了管子的導通

時間，使Ud波形出現(xiàn)負值，而不會出現(xiàn)斷續(xù)，所以直流側輸出電壓

會減小，但是由于正面積仍然大于負面積，這時直流平均電壓仍為正

值。當觸發(fā)角大于90°時，由于id太小，晶閘管無法再導通，輸出

幾乎為0。工作在整流狀態(tài)，晶閘管所承受的電壓主要為反向阻斷電

壓。移相范圍為0~90。

3.帶阻感負載，接續(xù)流二極管:

①alpha=30:

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直流側電壓Ud波形:

直流側電流Id波形:

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晶閘管兩端電壓U,波形:

②aIpha=60:

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直流側電壓Ud波形:

直流側電流Id波形:

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於?■A

晶閘管兩端電壓Uvtl波形:

③alpha=90:

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直流側電壓Ud波形:

直流側電流Id波形:

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o■\

晶閘管兩端電壓U,波形:

④改變觸發(fā)角alpha,得到如下數(shù)據(jù):

觸發(fā)角UD

0510

10503.4

20480.5

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30442.9

40391.8

50328.8

60255.8

70182.8

80119.6

9068.25

1000.003175

1100.00208

1200.001191

由上表可得:

實驗結果分析：

由于是阻感性負載，所以電感能夠使電流輸出平穩(wěn)；在沒有續(xù)流二極

管的情況下，晶閘管的導通時間得到延長，而當加入續(xù)流二極管后，

電流通過二極管續(xù)流，二極管續(xù)流功率損耗較小，這時輸出電流相對

來說就較不加續(xù)流二極管時要小，而輸出電壓相對來說卻要大些。

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4.帶反電動勢負載:

①alpha=30:

修?；?亙.A

直流側電流Id波形:

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②aIpha=60:

直流側電壓Ud波形:

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直流側電流Id波形:

③alpha=70：

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直流側電壓Ud波形:

直流側電流Id波形:

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■X

陸?直回kFlifO?A

④aIpha=80:

直流側電壓Ud波形:

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直流側電流Id波形:

⑤alpha=83:

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直流側電壓Ud波形:

直流側電流Id波形:

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⑥aIpha=86:

直流側電壓Ud波形:

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囿4K。豆￡百；弋

直流側電流Id波形:

⑦alpha=89:

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直流側電壓Ud波形:

直