Saber实验报告

清华大学学生实验报告实验课程名称开课实验室学院年级专业班学生姓名学号联系电话作业1要求：（1）完成电阻电感负载下单相桥式整流电路的设计，其中电源电压是频率为50Hz、幅值为310V、初相角为0的正弦周期电压源，负载电阻为2Ω，负载电感为6.5mH。模拟触发角为00、300、600时的工作过程，并分析整流的特点和工作过程。-1-（2）将负载电感修改为20mH后模拟触发角为00、300、600的工作过程，并分析负载电感对单相桥式整流电路特性的影响。分析负载电感对输出直流电压的影响，并提出消除这种影响的方法。（3）将电源电压的phase属性值修改为10后模拟触发角为300的情况，这时应该修改元件的那些属性值才能够得到正确的结果。你是怎样判断得到结果的正确性。（4）在负载中增加一100V的直流反电动势负载(电感保持为6.5mH)，分析负载电流的特性。作触发角为00，300时的仿真分析。实验一1.第（1）问的仿真与分析单相桥式整流电路仿真电路见下图1，其中电源电压是频率为50Hz、幅值为310V、初相角为0的正弦周期电压源，负载电阻为2Ω，负载电感为6.5mH。Clock1与clock2的延时角始终相差半个周期，即10m秒。图1单相桥式整流电路触发角为0度时的仿真波形如下图2。从上到下的波形分别为控制信号、输入单相电压、晶闸管VT1正向压降、输出电压波形、输出电流波形，这5种信息。图2触发角a=0度的波形分析：-2-（1）触发角为0度时，整流相当于对电压波的值取绝对值，即效果单相桥式二极管整流效果一致，如图中的Vout。晶闸管承受反向电压，即输入电压的负半轴，如图中第三行的波形。负载电流为非理想的正弦波，其相角滞后于电压相角，这正是由于负载为感性负载所致。Clock1与clock2正好相差10m秒。（2）四个晶闸管每次有两个开通，有两个关闭，同一半桥的晶闸管的开关状态是互补的，对角的两个晶闸管同时导通同时关闭。触发角为30度时的仿真波形如下图3。从上到下的波形分别为控制信号、输入单相电压、晶闸管VT1正向压降、输出电压波形、输出电流波形，这5种信息。图3触发角为30度的波形分析：（1）触发角为30度时，整流整流出的波形有变化，并且有小于0的电压出现，如图中的Vout。（2）晶闸管承受反向电压，仍为输入电压波形，如图中第三行的波形，在导通时的电压为0。（3）负载电流为非理想的正弦波，其相角滞后于电压相角，但电流时钟大于0，并且连续，这正是由于负载为感性负载所致。（4）出现输出电压为负值的原因是电感负载续流的作用，此时导通的晶闸管仍承受正向电压的作用，流过正向电流。从上图的输出电压Vout和晶闸管VT1的正向压降可以看出在Vout为负值是，仍导通。触发角为60度时的仿真波形如下图4。从上到下的波形分别为控制信号、输入单相电压、晶闸管VT1正向压降、输出电压波形、输出电流波形，这5种信息。-3-图4触发角为60度的波形分析：（1）触发角为60度时，整流整流出的波形变得非常异常，有脉冲电压输出，并且有小于0的电压出现，如图中的Vout。（2）晶闸管承受反向电压，不为输入电压波形，如图中第三行的波形，和输出电压的波形很有关系，出现在同一时刻出现过电压。（3）仿真所得结果负载电流为脉动波，断续的，同时比较输出电压和输出电流可以发现在每一时刻时钟乘积为零，即没有功率输出。（4）上述情况为非正常工作状态，可能是由于负载与晶闸管的不匹配，或仿真的解不真实。2.第（2）问的仿真与分析将电感值修改为20mH，其他电路参数不变，同样可以得到上述不同触发角的波形。触发角为0度时的仿真波形如下图5。从上到下的波形分别为控制信号、输入单相电压、晶闸管VT1正向压降、输出电压波形、输出电流波形，这5种信息。图5电感改为20mH，触发角为0度的波形分析：（1）电感的值增大到20mH时，可以看出输出的电压波形Vout比在电感为6.5mH时直流成分更好了，纹波减小了很多。-4-（2）电压波形和晶闸管承受反向电压基本无变化。触发角为30度时的仿真波形如下图6。从上到下的波形分别为控制信号、输入单相电压、晶闸管VT1正向压降、输出电压波形、输出电流波形，这5种信息。图6电感改为20mH，触发角为30度的波形分析：（1）电感电感的值增大到20mH时，可以看出输出的电压波形Vout比在电感为6.5mH时直流成分更好了，纹波减小了很多。（2）输出负载电流滞后与电压的角度更大了，其他波形并无变化。触发角为60度时的仿真波形如下图7。从上到下的波形分别为控制信号、输入单相电压、晶闸管VT1正向压降、输出电压波形、输出电流波形，这5种信息。图7电感改为20mH，触发角为60度的波形分析：（1）电感的值增大到20mH时，可以看出输出的电压波形Vout比在电感为6.5mH时直流成分更好了，纹波减小了很多。（2）输出电压比较正常，输出负载电流为连续的，这正是由于负载电感增大的作用。综述：负载电感对直流输出电压有较大的影响，比较大的电感会使得负载的电流纹波较小，而且会使负载电流的连续性好。电感较小可能会出现负载断续的情况。消除这种情况的措施是在在输出端反并联一个二极管，起到续流的作用，供给负载储能-5-元件以回路。3.第（3）问的仿真与分析将输入相电压初相为10度，则当需要触发角为30度时，脉冲将为延迟（30-10）=20度，即10m/9。需要修改的参数如下图，将clock1的延时改为10m/9，clock2的延时改为10m+10m/9。即可仿真得到题目所需要。仿真可以得到电压源初相为10度，触发角为30度时的波形，如下图8。图8电压源初相10度，触发角为30度时的波形为了能验证仿真结果的正确性，我们可以将其波形放大后观察，如下图9。-6-图9电压源初相10度，触发角为30度时局部放大的波形可以看出在20m处，输入正弦电压没有与0轴相交，即确实是移相了，另外也可以从时钟信号clock1和clock2看出。此外，我们可以把此结果与前面的30度触发角的情况做对比，即图8与图3做对比，可以看出。所以仿真结果是正确的。4.第（3）问直流100V反电动势负载后的情况在电路原理图负载中串联一个100V反电动势，直流电压源，电阻为2欧，电感为6.5mH。触发角为0度时的仿真波形如下图10。从上到下的波形分别为控制信号、输入单相电压、晶闸管VT1正向压降、输出电压波形、输出电流波形，这5种信息。图10触发角为0度，接反电动势负载时的波形触发角为30度时的波形-7-图11触发角为30度，接反电动势负载时的波形分析：触发角为0度时，负载电流是连续的；触发角为30度时，负载电流是断续的。输出的电流对输出电压有一定的相移。做比较在负载为纯电阻负载与反电动势负载串联时的波形：图12触发角为30度，接反电动势加纯电阻负载时的波形上图用于比较验证带反电动势负载时的仿真的正确性，可以从上图看出，输出电压要大于100V，和理论的一样，能够反应此电路模型正确。-8-作业2任务：（1）完成三相半波共阴极整流电路的设计，输入电压源为的幅值为310V，频率为50Hz，负载为阻感负载，电感值为50mH，电阻值为10Ω。（2）仿真分析触发角为300、600时电路的特性和工作过程。（3）将负载电感的值修改为5mH和1H，对触发角为600的工作过程作仿真分析，并分析负载电感对电路特性的影响。实验二1.第（1）问电路设计即仿真电压源为的幅值为310V，频率为50Hz.负载为阻感负载，电感值为50mH，电阻值为10Ω，三相电压的相位差为120度，利用Saber模版对clock的触发角进行调节。电路图如下图图13三相半波共阴极整流电路2.第（2）问电路特性即工作过程触发角为0度时的仿真波形如下图14。从上到下的波形分别为控制信号、输入三相电压、晶闸管VT1正向压降、输出电压波形、输出电流波形，这5种信息。图14触发角为0度时的波形-9-触发角为30度时的仿真波形如下图15。从上到下的波形分别为控制信号、输入三相电压、晶闸管VT1正向压降、输出电压波形、输出电流波形，这5种信息。图15触发角为30度时的波形分析：触发角为30度时，输出电压波正处于临界连续状态，负载上的电流波动教触发角为0度时的要大，可以从图15与图14中比较的出。其晶闸管的反向压降为线电压，最大反向电压为310*1.732=537V。触发角为60度时的仿真波形如下图16。从上到下的波形分别为控制信号、输入三相电压、晶闸管VT1正向压降、输出电压波形、输出电流波形，这5种信息。图16触发角为60度时的波形分析：触发角为60度时，输出电压波形有负值，由于负载是感性负载，有储能元件，能够起到续流作用。负载电流的纹波比30度触发角有所增大。导通顺序分析：从下图17可以看出，晶闸管的导通顺序为VT1-VT2-VT三个晶闸管依次轮流导通120度，其余时间晶闸管承受方向的线电压，在图中的导通标志是晶闸管-10-承受的正向电压为0的线段。图17三个晶闸管的导通顺序的波形反应晶闸管承受的反向电压分析：以晶闸管VT1为例，见下图18，此图为触发角为30度时的晶闸管两端的电压。图18晶闸管VT1两端承受的电压波形在VT1导通时近似承受0压降，在120度导通后，突然会有一个反向电压施加在VT1上，这个电压是由于VT2的导通使VT1关断，承受反向电压（v-u）。此电压作用120度后，由于VT3的导通，使VT2关断，此时VT1承受的反向电压为（w-u），以导致在图中有电压突变的过程。3.第（3）问修改负载电感后的影响5mH的工作，见下图19。-11-图19修改电感为5mH时的工作波形1H的工作，见下图20。图20修改电感为1H时的工作波形分析：通过比较电感值为5mH，50mH，1H时的工作波形，可以看出（1）5mH是输出电压波形是断续的，导致输出电流也是断续的。而50mH和1H时为连续。可以说明电感值越大，续流作用越好，导致输出电流的直流成分越好。（2）可以工作输出电流的波形可以看出，电感值越小，动态响应越快，电感值越大，响应越缓慢，例如1H时达到稳态工作需要0.28秒，可从图20最后一项的电流波形看出。（3）电感越大，输出电流的纹波越小，特别是1H时的波形反应了几乎成了直流。（4）电感的值会影响晶闸管的导通，电感值太小，导通角完全可能小于180度，例如5mH的波形。-12-作业3任务要求：（1）完成三相桥式半控整流电路的设计，负载为阻感负载，电阻为10Ω，电感为6.5mH，输入电源电压为310V，频率50Hz，选择Y型连接，中性点接地。（2）分析触发角为300、600时三相桥式半控整流电路的工作过程，如果增加续流支路，再次分析触发角为300、600时三相半控整流电路的工作过程。三相半控桥式电路的直流侧增加一个320V直流电源。这时电路能否工作在逆变模式，如能，请作出相应的仿真波形，并说明电路工作在逆变状态；如不能，请说明原因。（3）将三相半控电路改为全控桥式电路，交流侧的输入电源不变，直流侧的电阻、电感和电源保持不变。这个电路是否能够工作在逆变状态，如能，请作出相应的仿真波形，并说明电路确实工作在逆变状态；如不能，请说明原因，并进行相应的修改后再完成逆变电路的仿真。实验三1.第（1）问的电路设计和仿真三相半控桥式电路，阻感负载，电阻为10Ω，电感为6.5mH，输入电源电压为310V。图21三相桥式半控整流电路2.三相半控桥式整流电路分析触发角为30度时，仿真的波形。从上至下分别为控制信号，三相电压，输出电压，输出电流。-13-图22触发角为30度的波形触发角为60度时，仿真的波形见下图23.从上至下分别为控制信号，三相电压，输出电压，输出电流。图23触发角为60度的波形分析：三相半控桥式整流电路输出的波形与全控的有相似之处，但是从30度触发角的波形可以明显看出中间有叠加波形。负载电压连续，负载电流连续，且由于是阻感负载，所以电流滞后于电压。触发角为30度的导通过程分析如下图24，从上到下分别为控制信号，晶闸管VT1两端的压降，输出p端对地的电压波形，三相电压，输出n端对地的电压波形，二极管D