帶電容濾波的三相不控整流橋仿真

1、電氣1006 10301058 庹青山Beijing Jiaotong University計算機仿真實驗報告帶電容濾波的三相不控整流橋仿真學院：電氣工程班級：學號：姓名：題目帶電容濾波的三相不控整流橋仿真總體要求利用“simpowersystems”建立三相不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。三相二極管整流橋可用“Universal Bridge”模塊，二極管采用默認參數(shù)。直流濾波電容3300F，負載為電阻。仿真時間0.3s。注：前三項只考慮穩(wěn)態(tài)情況，第四項注重啟動過程。1. 直流電壓與負載電阻的關(guān)系1.1 實驗內(nèi)容分別仿真整流電路空載及負載電

2、阻為10、1和0.1歐姆時的情況。記錄直流電壓波形，根據(jù)仿真結(jié)果求出直流電壓，并比較分析其與負載的關(guān)系。 1.2 實驗仿真結(jié)果A. 整流電路空載時，測得直流側(cè)輸出電壓為536.5V整體波形如下所示：B. 整流電路負載阻抗為10歐姆時，測得直流側(cè)輸出電壓為523V得到的整體波形如下圖所示：改變橫坐標、縱坐標范圍可以觀察到細微波形：C. 整流電路負載阻抗為1歐姆時，測得直流側(cè)輸出電壓為511V，下面圖分別為輸出電壓圖，與電壓整體波形和電壓細微波形D. 整流電路負載阻抗為0.1歐姆時，測得直流側(cè)輸出電壓為493.4V，下面圖分別為輸出電壓圖，與電壓整體波形和電壓細微波形1.3 實驗結(jié)果分析由以上波形

3、可以得出直流電壓和負載電阻的關(guān)系，空載時負載電阻近似無窮大，直流電壓波形為直線，隨著負載增大，負載電阻減小，電壓的紋波增大，但是電壓的平均值減小。2. 電流波形與負載的關(guān)系2.1 實驗內(nèi)容分別仿真負載電阻為10、1.67和0.5時的情況。記錄直流電流和a相交流電流，并分析規(guī)律。實驗仿真結(jié)果A負載電阻為10歐姆時，仿真模型如下所示，記錄直流電流為52.22A，a相交流電流為-9.84A；電流波形如下所示（其中上圖為a相電流，下圖為直流側(cè)電流圖）B負載電阻為1.67歐姆時，仿真模型如下所示，記錄直流電流為306.1A，a相交流電流為-43.99A；電流波形如下所示（其中上方為a相電流，下方為直流側(cè)

4、電流，最小分度為0.005s）C負載電阻為0.5歐姆時，仿真模型如下所示，記錄直流電流為1018A，a相交流電流為-113.2A；電流波形如下所示（其中上方為a相電流，下方為直流側(cè)電流，最小分度為0.005s）2.3 實驗結(jié)果分析隨著負載的加大（10、1.67、0.5），直流側(cè)的電流逐漸增大，且直流側(cè)電流起伏逐漸增大，波紋增加，同時，a相的電流也逐漸增大，并且更接近正弦。當負載為10時，直流側(cè)電流為斷續(xù)；負載為1.67時，直流側(cè)電流為臨界狀態(tài)；負載為0.5時，直流側(cè)電流為連續(xù)。下面從理論公式推導(dǎo)直流側(cè)電流的臨界狀態(tài)：由分析可知，RC=3為臨界條件，因為C=3300uF，所以R=1.6715，即

5、要求中給定的電阻值1.673. 平波電抗器的作用實驗內(nèi)容直流側(cè)加1mH電感。分別仿真輕載50歐姆和重載0.5歐姆時的情況，記錄直流和交流電流波形，并計算交流電流的THD。仿真同樣負載條件下，未加平波電抗器的情況，并加以比較分析。實驗仿真結(jié)果A.直流側(cè)加1mH電感，輕載50歐姆時，仿真模型如下所示，交流電流的THD（%）值為0.9049；電流波形如下所示（其中上方為a相電流，下方為直流側(cè)電流）將圖形放大看局部可以得到如下面A相和直流側(cè)局部放大波形：B.直流側(cè)加1mH電感，重載0.5歐姆時，仿真模型如下所示，交流電流的THD（%）值為0.3119；電流波形如下所示（其中上方為a相電流，下方為直流側(cè)

6、電流） 將圖形放大看局部可以得到如下面A相和直流側(cè)局部放大波形：C.直流側(cè)不加1mH電感，輕載50歐姆時，仿真模型如下所示，交流電流的THD（%）值為2.395；電流波形如下所示（其中上方為a相電流，下方為直流側(cè)電流）D.直流側(cè)不加1mH電感，重載0.5歐姆時，仿真模型如下所示，交流電流的THD（%）值為0.3438；電流波形如下所示（其中上方為a相電流，下方為直流側(cè)電流）將圖形放大看局部可以得到如下面A相和直流側(cè)局部放大波形：3.3 實驗結(jié)果分析 交流電流的THD（%）值如下表所示負載平波電抗器交流電流的THD（%）50歐姆加0.9049不加2.3950.5歐姆加0.3119不加0.3438

7、 分析波形和THD值，可知同樣負載條件下：有平波電抗器時，直流電流明顯平穩(wěn)很多；有平波電抗器時，a相電流也平穩(wěn)很多；有平波電抗器時THD較小。同時我們觀察到直流波形和交流波形的CF（峰值因數(shù)）變小，而且輕載比重載THD減小的更加明顯。4. 抑制充電電流的方法4.1 實驗內(nèi)容觀察前述仿真中，啟動時的直流電流大小，分析原因，提出解決方法并進行仿真驗證。4.2 未改善時啟動直流電流分析對第3章電路進行分析，其中平波電感為1mH，直流濾波電容為3300F，測得輕載50時的交流側(cè)電流。電流波形如下所示（其中上方為交流側(cè)電流，下方為直流側(cè)電流）通過對上兩圖進行分析可知，上電瞬間達到913.6A,充電時間約

8、為3ms，3ms后電容電壓達到最大值，而此時電流也將為0,此后電流穩(wěn)定，最大不超過24A。開始時電流是一個很窄的脈沖電流，此電流經(jīng)過整流二極管對電容充電，而在其它較長的時間里，只由電容向負載供電。下圖為使用multimeter記錄整流橋中通過6個管子的電流。4.3 抑制充電電流的方法 方法一：如果將直流濾波電容改為2200F，再次仿真，可以看出啟動時充電電流減小至736A,充電時間減小至2.35ms。上電瞬間流過整流橋二極管的電流波形是個很高的脈沖，此電流的大小與電容容量有關(guān)系,和負載沒有關(guān)系,電容越大,脈沖越高.一旦這個很高的脈沖電流過后,其充電電流就不是很大了,此時如果負載保持不變,充電電

9、流也基本恒定,如果負載突然變小,充電電流也會突然增加。電容越大、電容內(nèi)阻越小、變壓器二極管內(nèi)阻越小，脈沖寬度就越小，脈沖電流越大。方法二：為濾波電容設(shè)置初始值，相當于對電容進行預(yù)充電，可以看到充電電流明顯減小。當濾波電容初始電壓200V，可以得到交流側(cè)如下的電流波形：當濾波電容初始電壓400V，可以得到交流側(cè)如下的電流波形：通過上面兩個仿真曲線可以看見，當電容有初始電壓時，能有效抑制充電電流。方法三：在起動的瞬間，交流輸入電壓通過整流器對電容器進行充電。電容器的等效串聯(lián)阻抗很小，并且通常采用多個電容器并聯(lián)使用，使得其阻抗更小；因此起動沖擊電流很大。對輸入回路的斷路器和整流器也是一個很大的負荷，

10、因此需要考慮設(shè)計電流抑制電路防止在起動時的電流沖擊。加入常開繼電器可有有效解決穩(wěn)態(tài)的時候的功耗問題。起動時，由于起動電阻串接在輸入回路中，可把沖擊電流限制到我們所希望的范圍內(nèi)。當電容器充有足夠的電壓、認為起動過程可以結(jié)束時，通過繼電器將限流電阻旁路（短接）。如果我們將起動電流限制到負載電流的水平，啟動過程是比較安全的，不過由于電容較大，導(dǎo)致對電阻的功耗要求非常高（同上面第二個考慮因素），因此采用常規(guī)電阻可能問題較大。仿真模型如下所示負載為50歐姆，電阻R為10歐姆，在0.1s時切除電阻：負載為50歐姆，電阻R為1歐姆，在0.1s時切除電阻：負載為50歐姆，電阻R為5歐姆，在0.1s時切除電阻：在負載交流側(cè)串電阻，在啟動后一段時間再切除電阻，可以減小交流側(cè)沖擊電流。電阻越大，啟動沖擊電流越小，同時波形越圓滑，接近正弦波，但去除電阻時電流沖擊越大，故因適當選取電阻值，使得電流波形相對穩(wěn)定。5. 收獲本次