晶閘管三相全控橋式整流仿真實驗報告

1、原理電路屋中科技大穿運動限制仿真實驗報告品閘管三相全控橋式整流仿真實驗實用Buck變換仿真實驗品閘管三相全控橋式整流仿真實驗大電感負載品閘管三相可控整流仿真實驗2原理電路框圖輸入三相交流電,額定電壓380伏相電壓220伏,額定頻率50Hz,星型聯(lián)接.輸入變壓器可省略.為便于理解電路原理,要求用6只晶閘管搭建全控橋?qū)嶒瀮?nèi)容1、根據(jù)原理框圖構(gòu)建Matlab仿真模型.所需元件參考下表：仿真元件庫：SimulinkLibraryBrowser示波器Simulink/sink/Scope要觀察到整個仿真時間段的結(jié)果波形必須取消對輸出數(shù)據(jù)的5000點限制.要觀察波形的FFT結(jié)果時,使能保存數(shù)據(jù)到工作站.仿

2、真結(jié)束后即可點擊仿真模型左上方powergui翻開FFT窗口,設(shè)定相關(guān)參數(shù)：開始時間、分析波形的周期數(shù)、基波頻率、最大頻率等后,點Display即可看到結(jié)果.交流電源SimPowerSystems/ElectricalSources/ACVoltageSource設(shè)定頻率、幅值、相角,相位依次滯后120度.晶閘管SimPowerSystems/PowerElectronics/Thyristor6脈沖觸發(fā)器SimPowerSystems/ExtraLibrary/ControlBlocks/Synchronized6-PulseGenerator設(shè)定為50Hz,雙脈沖利用電壓檢測構(gòu)造線電壓輸入

3、.Block端輸入常數(shù)0.輸出通過信號別離器分為6路信號加到品閘管門極,別離器輸出脈沖自動會按順序從1到6排列,注意按號分配給主電路對應(yīng)品閘管.電阻、電容、電感SimPowerSystems/Elements/SeriesRLCBranch設(shè)定參數(shù)負載切換開關(guān)SimPowerSystems/Elements/Breaker設(shè)定動作時間信號合成、別離Simulink/SignalRouting/Demux,Mux電流傅立葉分解SimPowerSystems/ExtraLibrary/DiscreteMeasurements/DiscreteFourier設(shè)定輸出為50Hz,基波有效值SimPow

4、erSystems/ExtraLibrary/DiscreteMeasurements/DiscreteRMSvalue設(shè)定為50Hz位移功率因數(shù)計算Simulink/User-DifinedFunctions/Fcn將度轉(zhuǎn)換為弧度后計算余弦常數(shù)Simulink/Sources/Constant增益Simulink/MathOperations/Gain乘除運算Simulink/Math/Divide顯示Simulink/sinks/Display電壓檢測SimPowerSystems/Measurements/VoltageMeasurement電流檢測SimPowerSystems/Mea

5、surements/CurrentMeasurement2、帶阻感負載,電感0.1H,設(shè)定觸發(fā)角為30度：起動時根本負載20歐,0.3秒后并聯(lián)一個2歐姆電阻.仿真設(shè)定：ConfigurationParameters/SolveroptionsTypeVariable-stepSolverOde23sMaxstepsize1e-6Relativetolerance1e-5,其它不變仿真時間0.6秒.仿真電路圖為:分析以下波形:1輸入相電壓、相電流；a相的電流ia和電壓ua波形如下:b、c相電流電壓波形依次滯后12002輸出電流濾波前、后；突加負載前后、輸出電壓;輸出電流id波形：輸出電壓ud波形

6、31號晶閘管電壓、電流;4輸入電流的有效值、輸入電流基波幅值、相角和輸入功率因數(shù).可以利用仿真庫中相應(yīng)檢測元件自動檢測、計算.cos474.25輸出電壓平均值在輕載和重載下的穩(wěn)態(tài)值.輸出電壓輕載重載下的平均值為443V6將功率因數(shù)、輸出電壓平均值與教材公式計算的理論值比擬.理論值:Ud=2.3U2COSa=445.8V由于電感不可能無窮大,電感上存在壓降,所以實際輸出電壓小于理論電壓3、改變觸發(fā)角大于60度,重復(fù)以上實驗,分析實驗結(jié)果將觸發(fā)角改為75°時,輸出電壓波形輸出電壓平均值變小.由于電感的作用,出現(xiàn)了負的局部輸出電流id波形觸發(fā)角變化造成電流不連續(xù),開始出現(xiàn)斷流1號晶閘管電壓

7、、電流;輸入電流的有效值、輸入電流基波幅值、相角和輸入功率因數(shù)由系統(tǒng)檢測元件檢測如下：|.2闞cosI一24HliPF輸出電壓輕載重載下的平均值為131.3理論值Ud=2.34U2COSa=133.24原因與上述實驗相同4、將電感減小到1mH,重復(fù)上述實驗,分析與大電感時的異同.觸發(fā)角30°輸出電壓ud波形輸出電流加載前后變化:由于電感太小,無法使負載電流連續(xù).1號晶閘管電壓、電流;輸入電流的有效值、輸入電流基波幅值、相角和輸入功率因數(shù)由系統(tǒng)檢測元件檢測如下:0.8293PF輸出電壓平均值為443V理論計算值Ud=2.34U2COSa=445.8原因與上面實驗一致.實驗總結(jié)：本實驗仿

8、真了品閘管三相全控橋式整流電路在大電感負載下的相關(guān)信號波形,通過改變觸發(fā)角,負載電阻大小以及電感大小,對電路的影響也都不相同,通過仿真波形可以看出,實驗結(jié)果與理論結(jié)果一致.DCDC變換仿真實驗實用Buck變換仿真實驗原理電路實驗內(nèi)容:1、依照原理電路搭建仿真模型.VT采用場效應(yīng)管.選擇開關(guān)頻率為50Hz,輸入直流電壓200V,電感0.2mH,電容100uF,負載根本電阻20歐姆,加載并聯(lián)電阻2歐姆.根據(jù)原理框圖構(gòu)建Matlab仿真模型.所需元件參考下表：仿真元件庫：SimulinkLibraryBrowser示波器Simulink/sink/Scope要觀察到整個仿真時間段的結(jié)果波形必須取消對

9、輸出數(shù)據(jù)的5000點限制.要觀察波形的FFT結(jié)果時,使能保存數(shù)據(jù)到工作站.仿真結(jié)束后即可點擊仿真模型左上方powergui翻開FFT窗口,設(shè)定相關(guān)參數(shù)：開始時間、分析波形的周期數(shù)、基波頻率、最大頻率等后,點Display即可看到結(jié)果.直流電源SimPowerSystems/ElectricalSources/DCVoltageSource設(shè)定電壓.場效應(yīng)管SimPowerSystems/PowerElectronics/Mosfet取消檢測輸出口調(diào)制波三角波發(fā)生器Simulink/Sources/RepeatingSequence設(shè)定為50kHz,Timevalues=05e-610e-615

10、e-620e-6,Outputvalues=010-10常數(shù)Simulink/Sources/Constant設(shè)定范圍可在一1,1區(qū)間變化,初始設(shè)定值=0.5,對應(yīng)占空比0.25加法器Simulink/Math/add設(shè)定為-+.過零比擬器Simulink/LogicandBitoperations/CompareToZero電阻、電容、電感SimPowerSystems/Elements/SeriesRLCBranch設(shè)定參數(shù)負載切換開關(guān)SimPowerSystems/Elements/Breaker設(shè)定動作時間增益Simulink/MathOperations/Gain顯示Simulink

11、/sinks/Display電壓檢測SimPowerSystems/Measurements/VoltageMeasurement電流檢測SimPowerSystems/Measurements/CurrentMeasurement平均值SimPowerSystems/ExtraLibrary/DiscreteMeasurements/Meanvalue仿真設(shè)定：ConfigurationParameters/SolveroptionsTypeVariable-stepSolverOde23sMaxstepsize1e-6Relativetolerance1e-5,其它不變仿真時間0.1秒.加

12、載時間0.07秒.仿真電路圖如以下圖：2、實驗結(jié)果分析：場效應(yīng)管的穩(wěn)態(tài)工作電流、二極管電流、電感電流、電感電壓、輸出電流、輸出電壓；七個波形依次為：三角波與直流電壓經(jīng)過比擬器后產(chǎn)生的PWM信號,輸出電壓Uo,場效應(yīng)管的穩(wěn)態(tài)工作電流,輸出電流Io,二極管電流,電感電壓UL,電感電流iL完整波形:加載前波形:加載后波形:加載時間附近的波形:各個波形:場效應(yīng)管的穩(wěn)態(tài)工作電流iFET波形:第一個為幅值為1V,占空比為0.25的PWM波.第二個為MOSFET的穩(wěn)態(tài)工作電流波形,當(dāng)MOSFET導(dǎo)通時,直流電源對電感L和電容C進行充電,所以MOSFET工作時的穩(wěn)態(tài)工作電流是一個傾斜向上的波形,而關(guān)斷后電流為

13、0電感電流、電感電壓波形:3、分析加載前后輸出電壓電流的變化.對輸出電壓的平均值與理論計算值的誤差進行討論.加載前后電壓變化：加載前后電流變化:加載前后,輸出電壓的大小根本不變,輸出電壓平均值為U0=48.71V,輸出電流從2.5A增大到26.6A,增大了10.6倍.由U0=走=0.25*200V=50V.實際輸出出電壓大于理論輸出電壓原因：電感L并不可能無窮大,所以在電感L上存在壓降,因此輸出電壓U0的實際值只有48.71V4、增加檢測觀察場效應(yīng)管和二極管在開關(guān)過程中的工作電壓;增加后電路原理圖為:場效應(yīng)管和二極管在開關(guān)過程中的工作電壓波形為:由上面波形可以得知,導(dǎo)通時,場效應(yīng)管的工作電壓為

14、0V,而二極管的工作電壓為200V;而斷開后,電感L和電容C通過二極管續(xù)流,此時二極管的工作電壓就為0V,而場效應(yīng)管的工作電壓為200V.流都相應(yīng)的變?yōu)榱嗽瓉淼?倍,電感電壓UL關(guān)于U=0V對稱.符合理論分析的結(jié)果其他結(jié)果和占空比為25%時一致增加檢測觀察場效應(yīng)管和二極管在開關(guān)過程中的工作電壓:場效應(yīng)管和二極管在開關(guān)過程中的工作電壓波形除了占空比的變化以外,其他均與上述占空比25%時一致.6、設(shè)計電壓閉環(huán),采用pi調(diào)節(jié)器通過閉環(huán)自動限制使輸出電壓平均值在負載變化前后自動保持為50伏電壓輸出.提示：去掉常數(shù)指令,改為調(diào)節(jié)器輸出與三角波比擬.電壓反應(yīng)采用瞬時檢測輸出值PI調(diào)節(jié)器采用SimPower

15、Systems/ExtraLibrary/DiscreteControlBlocks/DiscretePIcontroller調(diào)節(jié)器pi參數(shù)實驗整定.輸出限幅為0.95+0.95通過仿真驗證閉環(huán)限制效果.電路原理圖為：我B先調(diào)節(jié)P到P=0.08時,輸出電壓為U0=50.1V,調(diào)節(jié)Ki=5.5時,加載前后的輸出電壓根本保持50V不變,如以下圖結(jié)論：Kp的影響：當(dāng)Kp加大時,系統(tǒng)動作靈敏,速度加快,在系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下,系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差將減小,卻不能完全消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差.Kp偏大時,系統(tǒng)的震蕩次數(shù)增多,調(diào)節(jié)時間增長.Kp太大時,系統(tǒng)會趨于不穩(wěn)定.Ki的影響：積分作用能夠消除穩(wěn)態(tài)誤差,提升限制精度,但會使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降,Ki太大