电气工程计算机仿真513不控整流电路和电容性负载仿真.ppt

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,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。,单相桥式不控整流电路仿真,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：200F负载电阻：分四种情况，开路、200、20、2。,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,b),a),c),d),负载R开路,不同电阻负载时的电压波形,R=500,R=20,R=2,R=200时的电流波形,b),a),c),d),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。,u,d,u,u,u,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（2.34U22.45U2）之间变化。,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：500F负载电阻：分别取20、200,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。,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=20时整流器输出电压,b)R=20时整流器输入电流（A相）,c)R=20时整流器输入电流（B相）,图5-35三相不控整流电路电容电阻负载波形,d)R=20时整流器输入电流（C相）,e)R=200时整流器输出电压,f)R=200时整流器输入电流（A相）,h)R=200时整流器输入电流（C相）,图5-35三相不控整流电路电容电阻负载波形,g)R=200时整流器输入电流（B相）,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。,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）