電氣工程計(jì)算機(jī)仿真不控整流電路和電容性負(fù)載仿真市公開(kāi)課一等獎(jiǎng)省賽課獲獎(jiǎng)?wù)n件

第五章電力電子變流電路仿真5.1.3不控整流電路和電容性負(fù)載仿真電氣工程計(jì)算機(jī)仿真不控整流電路和電容性負(fù)載仿真第1頁(yè)■工作原理及波形分析◆基本工作過(guò)程?在u2正半周過(guò)零點(diǎn)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(shí)ud下降。?至t=0之后，u2將要超出ud，使得VD1和VD4開(kāi)通，ud=u2，交流電源向電容充電，同時(shí)向負(fù)載R供電。?電容被充電到t=時(shí)，ud=u2，VD1和VD4關(guān)斷。電容開(kāi)始以時(shí)間常數(shù)RC按指數(shù)函數(shù)放電。?當(dāng)t=，即放電經(jīng)過(guò)-角時(shí)，ud降至開(kāi)始充電時(shí)初值，另一對(duì)二極管VD2和VD3導(dǎo)通，今后u2又向C充電，與u2正半周情況一樣。5.1.3不控整流電路和電容性負(fù)載仿真電氣工程計(jì)算機(jī)仿真不控整流電路和電容性負(fù)載仿真第2頁(yè)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(shí)，重載時(shí)，Ud逐步趨近于0.9U2=198V，即趨近于靠近電阻負(fù)載時(shí)特征。電氣工程計(jì)算機(jī)仿真不控整流電路和電容性負(fù)載仿真第3頁(yè)單相橋式不控整流電路仿真單相交流電壓源通用橋開(kāi)關(guān)器件選取二極管整流輸出電壓采取電容濾波多路測(cè)量器電氣工程計(jì)算機(jī)仿真不控整流電路和電容性負(fù)載仿真第4頁(yè)仿真步驟：1.建立仿真模型

（1）打開(kāi)仿真平臺(tái)，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(kāi)路、200Ω、20Ω

、2Ω

。電氣工程計(jì)算機(jī)仿真不控整流電路和電容性負(fù)載仿真第5頁(yè)交流電壓源幅值相位頻率采樣時(shí)間測(cè)量選項(xiàng)：測(cè)量電源電壓電氣工程計(jì)算機(jī)仿真不控整流電路和電容性負(fù)載仿真第6頁(yè)通用橋橋臂數(shù)阻尼電阻阻尼電容，inf表示無(wú)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(shí)正向壓降不選擇測(cè)量項(xiàng)電氣工程計(jì)算機(jī)仿真不控整流電路和電容性負(fù)載仿真第7頁(yè)3.設(shè)置仿真參數(shù)

仿真起始時(shí)間0、終止時(shí)間0.08s、數(shù)值計(jì)算方法ode23tb或ode15s4.開(kāi)啟仿真5.仿真結(jié)果整理和分析電氣工程計(jì)算機(jī)仿真不控整流電路和電容性負(fù)載仿真第8頁(yè)b)a)c)d)負(fù)載R開(kāi)路不一樣電阻負(fù)載時(shí)電壓波形R=500ΩR=20ΩR=2Ω電氣工程計(jì)算機(jī)仿真不控整流電路和電容性負(fù)載仿真第9頁(yè)R=200Ω時(shí)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電氣工程計(jì)算機(jī)仿真不控整流電路和電容性負(fù)載仿真第10頁(yè)

伴隨電阻減小，負(fù)載電流增加，輸出電壓波形波動(dòng)增大，說(shuō)明不控整流電路電容濾波電路輸出電壓平均值與負(fù)載大小相關(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(dòng)，能夠增加濾波電容量。在開(kāi)啟時(shí)，電源電流、輸出電流和電容電流都有較大沖擊，主要是電容從零狀態(tài)開(kāi)始充電造成。電氣工程計(jì)算機(jī)仿真不控整流電路和電容性負(fù)載仿真第11頁(yè)uduuua)b)Oiaiddabac0dqwtpp3wt■基本原理

◆當(dāng)某一對(duì)二極管導(dǎo)通時(shí)，輸出直流電壓等于交流側(cè)線電壓中最大一個(gè)，該線電壓既向電容供電，也向負(fù)載供電。

◆當(dāng)沒(méi)有二極管導(dǎo)通時(shí)，由電容向負(fù)載放電，ud按指數(shù)規(guī)律下降。■電流id斷續(xù)和連續(xù)◆比如在VD1和VD2同時(shí)導(dǎo)通之前VD6和VD1是關(guān)斷，交流側(cè)向直流側(cè)充電電流id是斷續(xù)?！鬡D1一直導(dǎo)通，交替時(shí)由VD6導(dǎo)通換相至VD2導(dǎo)通，id是連續(xù)。

電容濾波三相橋式不可控整流電路及其波形三相橋式不控整流電路（略）電氣工程計(jì)算機(jī)仿真不控整流電路和電容性負(fù)載仿真第12頁(yè)輸出電壓平均值空載時(shí)，重載時(shí)，Ud逐步趨近于2.34U2=514.8V。Ud在（2.34U2~2.45U2）之間改變。電氣工程計(jì)算機(jī)仿真不控整流電路和電容性負(fù)載仿真第13頁(yè)電氣工程計(jì)算機(jī)仿真不控整流電路和電容性負(fù)載仿真第14頁(yè)仿真步驟：1.建立仿真模型

（1）打開(kāi)仿真平臺(tái)，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：500μF負(fù)載電阻：分別取20Ω、200Ω

電氣工程計(jì)算機(jī)仿真不控整流電路和電容性負(fù)載仿真第15頁(yè)交流電壓源電氣工程計(jì)算機(jī)仿真不控整流電路和電容性負(fù)載仿真第16頁(yè)通用橋電氣工程計(jì)算機(jī)仿真不控整流電路和電容性負(fù)載仿真第17頁(yè)通用橋阻尼電阻和電容設(shè)置當(dāng)阻尼電阻設(shè)置為inf或阻尼電容設(shè)置為0時(shí)，無(wú)阻尼電路。當(dāng)系統(tǒng)離散時(shí)，為了防止產(chǎn)生數(shù)字震蕩，應(yīng)指定適當(dāng)阻尼電阻和電容。對(duì)于強(qiáng)迫換流器件（GTO、IGBT或MOSFET），只要有觸發(fā)脈沖送給開(kāi)關(guān)器件，緩沖電路就可采取純電阻緩沖電路。假如沒(méi)有觸發(fā)脈沖，通用橋工作于正向整流會(huì)反向整流狀態(tài)時(shí)，必須采取以下公式選擇適當(dāng)緩沖電阻和電容。其中：Pn，變換器額定容量

Vn，額定線電壓f，基波頻率

Tn，采樣時(shí)間當(dāng)電力電子器件不導(dǎo)通時(shí)，阻尼電路漏電流小于0.1%額定電流；RC時(shí)間常數(shù)大于兩倍采樣時(shí)間。該值可能與實(shí)際值不一樣電氣工程計(jì)算機(jī)仿真不控整流電路和電容性負(fù)載仿真第18頁(yè)3.設(shè)置仿真參數(shù)

仿真起始時(shí)間0、終止時(shí)間0.08s、數(shù)值計(jì)算方法ode23tb或ode15s4.開(kāi)啟仿真5.仿真結(jié)果整理和分析電氣工程計(jì)算機(jī)仿真不控整流電路和電容性負(fù)載仿真第19頁(yè)a)R=20Ω時(shí)整流器輸出電壓b)R=20Ω時(shí)整流器輸入電流（A相）電氣工程計(jì)算機(jī)仿真不控整流電路和電容性負(fù)載仿真第20頁(yè)c)R=20Ω時(shí)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(shí)整流器輸入電流（C相）電氣工程計(jì)算機(jī)仿真不控整流電路和電容性負(fù)載仿真第21頁(yè)e)R=200Ω時(shí)整流器輸出電壓f)R=200Ω時(shí)整流器輸入電流（A相）電氣工程計(jì)算機(jī)仿真不控整流電路和電容性負(fù)載仿真第22頁(yè)h)R=200Ω時(shí)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(shí)整流器輸入電流（B相）電氣工程計(jì)算機(jī)仿真不控整流電路和電容性負(fù)載仿真第23頁(yè)三相整流時(shí)整流器輸出電壓波動(dòng)較單相整流小，整流器輸出電壓隨負(fù)載減?。娮鑂增加）略有增加，整流器輸入電流隨負(fù)載減小而減小。在開(kāi)啟時(shí)，三相沖擊電流不等，因?yàn)樵陔娫丛O(shè)置時(shí)A相相位取“0”，所以A相電壓從0上升，A相開(kāi)啟電流較小，而B(niǎo)相和C相電壓初值為±0.5US，所以開(kāi)啟時(shí)沖擊電流較大，而且方向相反。電氣工程計(jì)算機(jī)仿真不控整流電路和電容性負(fù)載仿真第24頁(yè)上機(jī)問(wèn)題（1）仿真步長(zhǎng)影響輸出波形當(dāng)模型線性化較高時(shí)，采取變步長(zhǎng)仿真，仿真步長(zhǎng)會(huì)較大，波形會(huì)失真。以下列圖單相不控整流電路仿真空載仿真時(shí)，采取變步長(zhǎng)仿真算法ode23tb。電氣工程計(jì)算機(jī)仿真不控整流電路和電容性負(fù)載仿真第25頁(yè)上機(jī)問(wèn)題若maxstepsize(最大步長(zhǎng))設(shè)置為：auto，則電壓電壓us和輸出電壓ud波形以下列圖，失真較大。電氣工程計(jì)算機(jī)仿真不控整流電路和電容性負(fù)載仿真第26頁(yè)上機(jī)問(wèn)題若maxstepsize(最大步長(zhǎng))設(shè)置為：1e-4，則電壓電壓us和輸出電壓ud波形以下列圖，失真較小。電氣工程計(jì)算機(jī)仿真不控整流電路和電容性負(fù)載仿真第27頁(yè)上機(jī)問(wèn)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(kāi)?；蛩Ｐ椭杏袧h字，換電腦后打不開(kāi)。提醒以下錯(cuò)誤。可運(yùn)行以下指令：bdcloseall;set_param(0,‘CharacterEncoding’,‘ISO-8859-1’)，或刪除模型中漢字字符。電氣工程計(jì)算機(jī)仿真不控整流電路和電容性負(fù)載仿真第28頁(yè)上機(jī)問(wèn)題（3）當(dāng)用到Simpowersystem模型庫(kù)中模型時(shí)，仿真算法普通選剛性積分算法，如ode23tb，ode15s，可得到較快仿真速度。（參考67頁(yè)）（4）113頁(yè)圖5-24，F(xiàn)cn模塊中，Expression（表示式）對(duì)話框應(yīng)為：u(1)/sqrt(u(1)^2+u(2)