電氣工程計算機(jī)仿真5.1.3不控整流電路和電容性負(fù)載仿真

1、第五章 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,■工作原理及波形分析 ◆基本工作過程 ?在u2正半周過零點至?t=0期間，因u2<ud，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，同時向負(fù)載R供電。 ?電容被充電到?t=?時，ud=

2、u2，VD1和VD4關(guān)斷。電容開始以時間常數(shù)RC按指數(shù)函數(shù)放電。 ?當(dāng)?t=?，即放電經(jīng)過?-?角時，ud降至開始充電時的初值，另一對二極管VD2和VD3導(dǎo)通，此后u2又向C充電，與u2正半周的情況一樣。,5. 1. 3 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,輸出電壓平均值 空載時， 重載時，Ud逐漸趨近于0.9U2=198V，即趨近于接近電阻負(fù)

3、載時的特性。,單相橋式不控整流電路仿真,,單相交流電壓源,,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,,多路測量器,仿真步驟：1. 建立仿真模型 （1）打開仿真平臺，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) 交流電壓源，通用橋，濾波電容和負(fù)載電阻 濾波電容：200μF 負(fù)載電阻：分四種情況，開路、200Ω、20 Ω 、2 Ω 。,交流

4、電壓源,,幅值,,相位,,頻率,,采樣時間,,測量選項：測量電源電壓,通用橋,,橋臂數(shù),,阻尼電阻,,阻尼電容，inf表示無窮大,,電力電子器件選擇二極管,,導(dǎo)通電阻,,導(dǎo)通電感,,晶閘管導(dǎo)通時正向壓降,,不選擇測量項,3. 設(shè)置仿真參數(shù) 仿真起始時間0、終止時間0.08s、數(shù)值計算方法ode23tb或ode15s4. 啟動仿真5. 仿真結(jié)果整理和分析,b),a),c),d),負(fù)載R開路,不同電阻負(fù)載時的電壓波形,R=500

5、Ω,R=20Ω,R=2Ω,R=200Ω時的電流波形,b),a),c),d),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)載大小有關(guān)，負(fù)載越大（負(fù)載電阻R越小），電容放電速度越快。為了減小輸出電壓波動，可以增加濾波電容量。 在啟動時，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。,,

6、u,d,u,u,u,■基本原理 ◆當(dāng)某一對二極管導(dǎo)通時，輸出直流電壓等于交流側(cè)線電壓中最大的一個，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，由電容向負(fù)載放電，ud按指數(shù)規(guī)律下降?！鲭娏鱥d斷續(xù)和連續(xù) ◆比如在VD1和VD2同時導(dǎo)通之前VD6和VD1是關(guān)斷的，交流側(cè)向直流側(cè)的充電電流id是斷續(xù)的。 ◆VD1一直導(dǎo)通，交替時由VD6導(dǎo)通換相至VD2導(dǎo)通，id是連續(xù)的。,電容濾波的三相橋式不可控

7、整流電路及其波形,三相橋式不控整流電路（略）,輸出電壓平均值 空載時， 重載時，Ud逐漸趨近于2.34U2=514.8V。 Ud在（2.34U2 ~2.45U2）之間變化。,仿真步驟：1. 建立仿真模型 （1）打開仿真平臺，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) 交流電壓源，通用橋，濾波電容和負(fù)載電阻 濾波電容

8、：500μF 負(fù)載電阻：分別取20Ω、200 Ω,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，無阻尼電路。 當(dāng)系統(tǒng)離散時，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反向整流狀態(tài)時，必須采用如下公式選

9、擇合適的緩沖電阻和電容。,其中：Pn，變換器的額定容量 Vn，額定線電壓 f，基波頻率 Tn，采樣時間,當(dāng)電力電子器件不導(dǎo)通時，阻尼電路漏電流小于0.1%額定電流；RC時間常數(shù)大于兩倍的采樣時間。,該值可能與實際值不同,3. 設(shè)置仿真參數(shù) 仿真起始時間0、終止時間0.08s、數(shù)值計算方法ode23tb或ode15s4. 啟動仿真5. 仿真結(jié)果整理和分析,a)

10、 R=20Ω時整流器輸出電壓,b) R=20Ω時整流器輸入電流（A相）,c) R=20Ω時整流器輸入電流（B相）,圖5-35 三相不控整流電路電容電阻負(fù)載波形,d) R=20Ω時整流器輸入電流（C相）,e) R=200Ω時整流器輸出電壓,f) R=200Ω時整流器輸入電流（A相）,h) R=200Ω時整流器輸入電流（C相）,圖5-35 三相不控整流電路電容電阻負(fù)載波形,g) R=200Ω時整流器輸入電流（B相）,三相整流時整流器輸出電壓

11、波動較單相整流小，整流器輸出電壓隨負(fù)載減小（電阻R增加）略有增加，整流器輸入電流隨負(fù)載的減小而減小。 在啟動時，三相的沖擊電流不等，因為在電源設(shè)置時A相相位取“0”，因此A相電壓從0上升，A相啟動電流較小，而B相和C相電壓初值為±0.5US，因此啟動時沖擊電流較大，并且方向相反。,上機(jī)問題,（1）仿真步長影響輸出波形 當(dāng)模型線性化較高時，采用變步長仿真，仿真步長會較大，波形會失真。如下圖單相不控

12、整流電路仿真空載仿真時，采用變步長仿真算法ode23tb。,上機(jī)問題,若max step size(最大步長)設(shè)置為：auto，則電壓電壓us和輸出電壓ud波形如下圖，失真較大。,上機(jī)問題,若max step size(最大步長)設(shè)置為：1e-4，則電壓電壓us和輸出電壓ud波形如下圖，失真較小。,上機(jī)問題,（2）若仿真模型中線路不完整，如有未連接器件，則換電腦后，該仿真模型可能打不開。 或所建模型中有漢字， 換電腦后打不開。提示如下錯

13、誤?？蛇\(yùn)行如下指令： bdclose all; set_param(0, ‘CharacterEncoding’, ‘ISO-8859-1’) ，或刪除模型中的中文字符。,上機(jī)問題,（3）當(dāng)用到Simpowersystem模型庫中的模型時，仿真算法一般選剛性積分算法，如ode23tb，ode15s，可得到較快的仿真速度。（參考67頁）（4）113頁圖5-24，F(xiàn)cn模塊中，Expression（表達(dá)式）對話框應(yīng)為：u(1)/sqr