计算机仿真技术作业二带电容滤波的三相不控整流桥仿真.docx

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计算机仿真技术作业二带电容滤波的三相不控整流桥仿真

计算机仿真技术作业二

——带电容滤波的三相不控整流桥仿真

姓名：

班级：

学号：

利用simpowersystems建立三相不控整流桥的仿真模型。

输入三相电压源，线电压380V，50Hz，内阻0.001欧姆。

三相二极管整流桥可用“UniversalBridge”模块，二极管采用默认参数。

直流滤波电容3300μF，负载为电阻。

仿真时间0.3s。

利用Simulink搭建出来的模型如下图所示：

图1

一、直流电压与负载电阻的关系

【实验要求】

分别仿真整流电路空载及负载电阻为10、1和0.1欧姆时的情况。

记录直流电压波形，根据仿真结果求出直流电压，并比较分析其与负载的关系。

1、整流电路空载

图2

2、负载电阻为10Ω

图3

3、负载电阻为1Ω

图4

4、负载电阻为0.1Ω

图5

5、分析

由图2～5可知，随着负载的增大（即电阻的减小），直流侧电压的振荡现象越显著，振荡幅度越大（在负载小时甚至没有振荡）。

另外，随着负载的增大，直流侧电压的稳定值越来越小。

二、电流波形与负载的关系：

【实验要求】

分别仿真负载电阻为10、1.67和0.5时的情况。

记录直流电流和a相交流电流，并分析规律。

1、负载电阻为10Ω

（1）直流侧电流

图6

（2）a相交流电流

图7

2、负载电阻为1.67Ω

（1）直流侧电流

图8

（2）a相交流电流

图9

3、负载电阻为0.5Ω

（1）直流侧电流

图10

（2）a相交流电流

图11

4、分析规律

首先，启动时直流侧电流出现一个很大的峰值；

其次，随着负载的增大（即电阻的减小），直流侧电流的振荡现象越显著，从启动到稳定所花费时间越长。

而交流侧电流也存在类似规律，只是比较不太明显；

再次，直流测所得到的电流都不是标准的直线形电流波形，而都有一定的波动。

三、平波电抗器的作用：

【实验要求】

直流侧加1mH电感。

分别仿真轻载50欧姆和重载0.5欧姆时的情况，记录直流和交流电流波形，并计算交流电流的THD。

仿真同样负载条件下，未加平波电抗器的情况，并加以比较分析。

.

1、直流侧加1mH电感

图12

（1）轻载50Ω

①直流侧电流

图13

②a相交流电流

图14

对于稳态时的交流电流波形进行傅里叶分析如下：

图15

图16

由图可知，THD=19.69%。

（2）重载0.5Ω

①直流侧电流

图17

②a相交流电流

图18

对于稳态时的交流电流波形进行傅里叶分析如下：

图19

图20

由图可知，THD=0.70%。

2、直流侧未加1mH电感

图21

（1）轻载50Ω

①直流侧电流

图22

②a相交流电流

图23

对于稳态时的交流电流波形进行傅里叶分析如下：

图24

图25

由图可知，THD=20.67%。

（2）重载0.5Ω

①直流侧电流

图26

②a相交流电流

图27

对于稳态时的交流电流波形进行傅里叶分析如下：

图28

图29

由图可知，THD=0.91%。

3、比较分析

首先，无论有没有加入平波电抗器，重载时的交流电流的THD总比轻载时的小，亦即重载时的交流电流的谐波含量比轻载时的小；

其次，无论重载、轻载，加入平波电抗器后的交流电流的THD比没加时的要小些，也就是说，平波电抗器的加入有利于抑制交流电流的谐波。

四、抑制充电电流的方法：

【实验要求】

观察前述仿真中，启动时的直流电流大小，分析原因，提出解决方法并进行仿真验证。

观察仿真过程，可以发现电路启动时的电流非常大。

这是因为启动时要向直流侧的支撑电容充电的缘故。

启动时，电容两端压降为0，相当于短路，所以直流侧电流非常大。

解决方法是：

在直流侧加入一个充电电阻——在充电开始时将其加入电路中，以限制充电电流；当电容充电完时，再将其短路，以防止其对电路造成的额外能耗。

进行仿真验证如下：

（1）仿真模型：

图30

其中，接触器设置在0.2s时闭合，负载电阻阻值是50Ω，充电电阻阻值选定为300Ω。

（2）直流侧电流

图31

对比图18，可以发现启动电流降低了。

另外，还有一种方法可以满足题目的要求，即设法使电容具有较为合适的初始电压，如此就没有因启动时电容短路而导致的电流过大的问题了。

仿真的模型下图：

图32

首先，不设定电容的初始值，通过万用表模块，测得电容两端的波形如下：

图33

由图可知，稳定时电容两端电压大约为460V。

因此，将电容的初始电压设定为450V，进行仿真，得到直流侧的电流波形如下图所示：

图34

由图可知，启动时直流侧电流的峰值只有13A，远小于未设定初始值的98A。

可见，这种方法的效果还是比较显著的。