电气工程计算机仿真513不控整流电路和电容性负载仿真

第五章电力电子变流电路的仿真5.1.3不控整流电路和电容性负载仿真idiCiR+-RCa)b)0i2ud2tVD1VD3udVD4VD2i2u1u2■工作原理及波形分析◆基本工作过程☞在u2正半周过零点至t=0期间，因u2ud，故二极管均不导通，此阶段电容C向R放电，提供负载所需电流，同时ud下降。☞至t=0之后，u2将要超过ud，使得VD1和VD4开通，ud=u2，交流电源向电容充电，同时向负载R供电。☞电容被充电到t=时，ud=u2，VD1和VD4关断。电容开始以时间常数RC按指数函数放电。☞当t=，即放电经过-角时，ud降至开始充电时的初值，另一对二极管VD2和VD3导通，此后u2又向C充电，与u2正半周的情况一样。5.1.3不控整流电路和电容性负载仿真5.1.3不控整流电路和电容性负载仿真输出电压平均值空载时，重载时，Ud逐渐趋近于0.9U2=198V，即趋近于接近电阻负载时的特性。222220310VdUU单相桥式不控整流电路仿真Diodeusus220vurudpowerguiContinuousisidicv+-UniversalBridgeAB+-Multimeter3i+-i+-R200C200u单相交流电压源通用桥开关器件选用二极管整流输出电压采用电容滤波多路测量器仿真步骤：1.建立仿真模型（1）打开仿真平台，新建Model文件（2）提取电路元件模块（3）布局，连线2.设置模块参数交流电压源，通用桥，滤波电容和负载电阻滤波电容：200μF负载电阻：分四种情况，开路、200Ω、20Ω、2Ω。交流电压源幅值相位频率采样时间测量选项：测量电源电压通用桥桥臂数阻尼电阻阻尼电容，inf表示无穷大电力电子器件选择二极管导通电阻导通电感晶闸管导通时正向压降不选择测量项3.设置仿真参数仿真起始时间0、终止时间0.08s、数值计算方法ode23tb或ode15s4.启动仿真5.仿真结果整理和分析00.010.020.030.040.050.060.070.08-400-300-200-1000100200300400t/susud/Vb)00.010.020.030.040.050.060.070.08-400-300-200-1000100200300400t/susud/V00.010.020.030.040.050.060.070.08-400-300-200-1000100200300400t/susud/Va)c)00.010.020.030.040.050.060.070.08-400-300-200-1000100200300400t/susud/Vd)负载R开路不同电阻负载时的电压波形R=500ΩR=20ΩR=2ΩR=200Ω时的电流波形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/AiR00.010.020.030.040.050.060.070.08-15-10-505101520t/sis/A00.010.020.030.040.050.060.070.08-505101520t/sic/AiC输出电流id电容电流ic电源电流is电阻电流ir随着电阻减小，负载电流增加，输出电压波形波动增大，说明不控整流电路电容滤波电路输出电压的平均值与负载大小有关，负载越大（负载电阻R越小），电容放电速度越快。为了减小输出电压波动，可以增加滤波电容量。在启动时，电源电流、输出电流和电容电流都有较大的冲击，主要是电容从零状态开始充电造成的。uduuua)b)Oiaiddabac0t3t■基本原理◆当某一对二极管导通时，输出直流电压等于交流侧线电压中最大的一个，该线电压既向电容供电，也向负载供电。◆当没有二极管导通时，由电容向负载放电，ud按指数规律下降。■电流id断续和连续◆比如在VD1和VD2同时导通之前VD6和VD1是关断的，交流侧向直流侧的充电电流id是断续的。◆VD1一直导通，交替时由VD6导通换相至VD2导通，id是连续的。电容滤波的三相桥式不可控整流电路及其波形三相桥式不控整流电路（略）输出电压平均值空载时，重载时，Ud逐渐趋近于2.34U2=514.8V。Ud在（2.34U2~2.45U2）之间变化。262.45220539VdUUudpowerguiContinuousiscisbisairidicUniversalBridgeABC+-Multimeter3InductivesourcewithneutralNABCi+-i+-i+-i+-RC仿真步骤：1.建立仿真模型（1）打开仿真平台，新建Model文件（2）提取电路元件模块（3）布局，连线2.设置模块参数交流电压源，通用桥，滤波电容和负载电阻滤波电容：500μF负载电阻：分别取20Ω、200Ω交流电压源通用桥通用桥阻尼电阻和电容的设置当阻尼电阻设置为inf或阻尼电容设置为0时，无阻尼电路。当系统离散时，为了避免产生数字震荡，应指定合适的阻尼电阻和电容。对于强迫换流器件（GTO、IGBT或MOSFET），只要有触发脉冲送给开关器件，缓冲电路就可采用纯电阻的缓冲电路。如果没有触发脉冲，通用桥工作于正向整流会反向整流状态时，必须采用如下公式选择合适的缓冲电阻和电容。SSS2TRCnS2n1000(2π)PCfV其中：Pn，变换器的额定容量Vn，额定线电压f，基波频率Tn，采样时间当电力电子器件不导通时，阻尼电路漏电流小于0.1%额定电流；RC时间常数大于两倍的采样时间。该值可能与实际值不同3.设置仿真参数仿真起始时间0、终止时间0.08s、数值计算方法ode23tb或ode15s4.启动仿真5.仿真结果整理和分析a)R=20Ω时整流器输出电压b)R=20Ω时整流器输入电流（A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=20Ω时整流器输入电流（B相）00.010.020.030.040.050.060.070.08-200-150-100-50050t/sisb/A图5-35三相不控整流电路电容电阻负载波形d)R=20Ω时整流器输入电流（C相）00.010.020.030.040.050.060.070.08-50050100150200t/sisc/Ae)R=200Ω时整流器输出电压f)R=200Ω时整流器输入电流（A相）00.010.020.030.040.050.060.070.08-1000100200300400500600700t/sud/V00.010.020.030.040.050.060.070.08-10-50510152025t/sisa/Ah)R=200Ω时整流器输入电流（C相）00.010.020.030.040.050.060.070.08-50050100150200t/sisc/A图5-35三相不控整流电路电容电阻负载波形g)R=200Ω时整流器输入电流（B相）00.010.020.030.040.050.060.070.08-200-150-100-50050t/sisb/A三相整流时整流器输出电压波动较单相整流小，整流器输出电压随负载减小（电阻R增加）略有增加，整流器输入电流随负载的减小而减小。在启动时，三相的冲击电流不等，因为在电源设置时A相相位取“0”，因此A相电压从0上升，A相启动电流较小，而B相和C相电压初值为±0.5US，因此启动时冲击电流较大，并且方向相反。上机问题（1）仿真步长影响输出波形当模型线性化较高时，采用变步长仿真，仿真步长会较大，波形会失真。如下图单相不控整流电路仿真空载仿真时，采用变步长仿真算法ode23tb。Diodeus1usus220vurudpowerguiContinuousisidiciRv+-UniversalBridgeAB+-Multimeter4i+-i+-R200C200uususiCududidiR上机问题若maxstepsize(最大步长)设置为：auto，则电压电压us和输出电压ud波形如下图，失真较大。上机问题若maxstepsize(最大步长)设置为：1e-4，则电压电压us和输出电压ud波形如下图，失真较小。上机问题（2）若仿真模型中线路不完整，如有未连接器件，则换电脑后，该仿真模型可能打不开。或所建模型中有汉字，换电脑后打不开。提示如下错误。可运行如下指令：bdcloseall;set_param(0,‘CharacterEncoding’,‘ISO-8859-1’)，或删除模型中的中文字符。上机问题（3）当用到Simpowersystem模型库中的模型时，仿真算法一般选刚性积分算法，如ode23tb，ode15s，可得到较快的仿真速度。（参考67页）（4）113页图5-24，Fcn模块中，Expression（表达式）对话框应为：u(1)/sqrt(u(1)^2+u(2)^2)；Fcn1模块中应为：-u(1)。（5）ActiveandReactivePower模块选错（6）图-20和图5-24中，Transformer380V/15V模块中的量不用测量。（7）电路连接错误：如电源短接，变压器输入侧相序不对。（8）多路测量仪双击后，相关项无法操作，原因是电路其他部分存在错误。