Saber实验报告.docx

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Saber实验报告

清华大学

学生实验报告

实验课程名称

开课实验室

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作业1要求：

（1）完成电阻电感负载下单相桥式整流电路的设计，其中电源电压是频率为50Hz、幅值为310V、初相角为0的正弦周期电压源，负载电阻为2Ω，负载电感为6.5mH。

模拟触发角为00、300、600时的工作过程，并分析整流的特点和工作过程。

（2）将负载电感修改为20mH后模拟触发角为00、300、600的工作过程，并分析负载电感对单相桥式整流电路特性的影响。

分析负载电感对输出直流电压的影响，并提出消除这种影响的方法。

（3）将电源电压的phase属性值修改为10后模拟触发角为300的情况，这时应该修改元件的那些属性值才能够得到正确的结果。

你是怎样判断得到结果的正确性。

（4）在负载中增加一100V的直流反电动势负载（电感保持为6.5mH），分析负载电流的特性。

作触发角为00，300时的仿真分析。

实验一

1.第

（1）问的仿真与分析

单相桥式整流电路仿真电路见下图1，其中电源电压是频率为50Hz、幅值为310V、初相角为0的正弦周期电压源，负载电阻为2Ω，负载电感为6.5mH。

Clock1与clock2的延时角始终相差半个周期，即10m秒。

图1单相桥式整流电路

触发角为0度时的仿真波形如下图2。

从上到下的波形分别为控制信号、输入单相电压、晶闸管VT1正向压降、输出电压波形、输出电流波形，这5种信息。

图2触发角a=0度的波形

分析：

（1）触发角为0度时，整流相当于对电压波的值取绝对值，即效果单相桥式二极管整流效果一致，如图中的Vout。

晶闸管承受反向电压，即输入电压的负半轴，如图中第三行的波形。

负载电流为非理想的正弦波，其相角滞后于电压相角，这正是由于负载为感性负载所致。

Clock1与clock2正好相差10m秒。

（2）四个晶闸管每次有两个开通，有两个关闭，同一半桥的晶闸管的开关状态是互补的，对角的两个晶闸管同时导通同时关闭。

触发角为30度时的仿真波形如下图3。

从上到下的波形分别为控制信号、输入单相电压、晶闸管VT1正向压降、输出电压波形、输出电流波形，这5种信息。

图3触发角为30度的波形

分析：

（1）触发角为30度时，整流整流出的波形有变化，并且有小于0的电压出现，如图中的Vout。

（2）晶闸管承受反向电压，仍为输入电压波形，如图中第三行的波形，在导通时的电压为0。

（3）负载电流为非理想的正弦波，其相角滞后于电压相角，但电流时钟大于0，并且连续，这正是由于负载为感性负载所致。

（4）出现输出电压为负值的原因是电感负载续流的作用，此时导通的晶闸管仍承受正向电压的作用，流过正向电流。

从上图的输出电压Vout和晶闸管VT1的正向压降可以看出在Vout为负值是，仍导通。

触发角为60度时的仿真波形如下图4。

从上到下的波形分别为控制信号、输入单相电压、晶闸管VT1正向压降、输出电压波形、输出电流波形，这5种信息。

图4触发角为60度的波形

分析：

（1）触发角为60度时，整流整流出的波形变得非常异常，有脉冲电压输出，并且有小于0的电压出现，如图中的Vout。

（2）晶闸管承受反向电压，不为输入电压波形，如图中第三行的波形，和输出电压的波形很有关系，出现在同一时刻出现过电压。

（3）仿真所得结果负载电流为脉动波，断续的，同时比较输出电压和输出电流可以发现在每一时刻时钟乘积为零，即没有功率输出。

（4）上述情况为非正常工作状态，可能是由于负载与晶闸管的不匹配，或仿真的解不真实。

2.第

（2）问的仿真与分析

将电感值修改为20mH，其他电路参数不变，同样可以得到上述不同触发角的波形。

触发角为0度时的仿真波形如下图5。

从上到下的波形分别为控制信号、输入单相电压、晶闸管VT1正向压降、输出电压波形、输出电流波形，这5种信息。

图5电感改为20mH，触发角为0度的波形

分析：

（1）电感的值增大到20mH时，可以看出输出的电压波形Vout比在电感为6.5mH时直流成分更好了，纹波减小了很多。

（2）电压波形和晶闸管承受反向电压基本无变化。

触发角为30度时的仿真波形如下图6。

从上到下的波形分别为控制信号、输入单相电压、晶闸管VT1正向压降、输出电压波形、输出电流波形，这5种信息。

图6电感改为20mH，触发角为30度的波形

分析：

（1）电感电感的值增大到20mH时，可以看出输出的电压波形Vout比在电感为6.5mH时直流成分更好了，纹波减小了很多。

（2）输出负载电流滞后与电压的角度更大了，其他波形并无变化。

触发角为60度时的仿真波形如下图7。

从上到下的波形分别为控制信号、输入单相电压、晶闸管VT1正向压降、输出电压波形、输出电流波形，这5种信息。

图7电感改为20mH，触发角为60度的波形

分析：

（1）电感的值增大到20mH时，可以看出输出的电压波形Vout比在电感为6.5mH时直流成分更好了，纹波减小了很多。

（2）输出电压比较正常，输出负载电流为连续的，这正是由于负载电感增大的作用。

综述：

负载电感对直流输出电压有较大的影响，比较大的电感会使得负载的电流纹波较小，而且会使负载电流的连续性好。

电感较小可能会出现负载断续的情况。

消除这种情况的措施是在在输出端反并联一个二极管，起到续流的作用，供给负载储能元件以回路。

3.第（3）问的仿真与分析

将输入相电压初相为10度，则当需要触发角为30度时，脉冲将为延迟（30-10）=20度，即10m/9。

需要修改的参数如下图，将clock1的延时改为10m/9，clock2的延时改为10m+10m/9。

即可仿真得到题目所需要。

仿真可以得到电压源初相为10度，触发角为30度时的波形，如下图8。

图8电压源初相10度，触发角为30度时的波形

为了能验证仿真结果的正确性，我们可以将其波形放大后观察，如下图9。

图9电压源初相10度，触发角为30度时局部放大的波形

可以看出在20m处，输入正弦电压没有与0轴相交，即确实是移相了，另外也可以从时钟信号clock1和clock2看出。

此外，我们可以把此结果与前面的30度触发角的情况做对比，即图8与图3做对比，可以看出。

所以仿真结果是正确的。

4.第（3）问直流100V反电动势负载后的情况

在电路原理图负载中串联一个100V反电动势，直流电压源，电阻为2欧，电感为6.5mH。

触发角为0度时的仿真波形如下图10。

从上到下的波形分别为控制信号、输入单相电压、晶闸管VT1正向压降、输出电压波形、输出电流波形，这5种信息。

图10触发角为0度，接反电动势负载时的波形

触发角为30度时的波形

图11触发角为30度，接反电动势负载时的波形

分析：

触发角为0度时，负载电流是连续的；触发角为30度时，负载电流是断续的。

输出的电流对输出电压有一定的相移。

做比较在负载为纯电阻负载与反电动势负载串联时的波形：

图12触发角为30度，接反电动势加纯电阻负载时的波形

上图用于比较验证带反电动势负载时的仿真的正确性，可以从上图看出，输出电压要大于100V，和理论的一样，能够反应此电路模型正确。

作业2任务：

（1）完成三相半波共阴极整流电路的设计，输入电压源为的幅值为310V，频率为50Hz，负载为阻感负载，电感值为50mH，电阻值为10Ω。

（2）仿真分析触发角为300、600时电路的特性和工作过程。

（3）将负载电感的值修改为5mH和1H，对触发角为600的工作过程作仿真分析，并分析负载电感对电路特性的影响。

实验二

1.第

（1）问电路设计即仿真

电压源为的幅值为310V，频率为50Hz.负载为阻感负载，电感值为50mH，电阻值为10Ω，三相电压的相位差为120度，利用Saber模版对clock的触发角进行调节。

电路图如下图

图13三相半波共阴极整流电路

2.第

（2）问电路特性即工作过程

触发角为0度时的仿真波形如下图14。

从上到下的波形分别为控制信号、输入三相电压、晶闸管VT1正向压降、输出电压波形、输出电流波形，这5种信息。

图14触发角为0度时的波形

触发角为30度时的仿真波形如下图15。

从上到下的波形分别为控制信号、输入三相电压、晶闸管VT1正向压降、输出电压波形、输出电流波形，这5种信息。

图15触发角为30度时的波形

分析：

触发角为30度时，输出电压波正处于临界连续状态，负载上的电流波动教触发角为0度时的要大，可以从图15与图14中比较的出。

其晶闸管的反向压降为线电压，最大反向电压为310*1.732=537V。

触发角为60度时的仿真波形如下图16。

从上到下的波形分别为控制信号、输入三相电压、晶闸管VT1正向压降、输出电压波形、输出电流波形，这5种信息。

图16触发角为60度时的波形

分析：

触发角为60度时，输出电压波形有负值，由于负载是感性负载，有储能元件，能够起到续流作用。

负载电流的纹波比30度触发角有所增大。

导通顺序分析：

从下图17可以看出，晶闸管的导通顺序为VT1->VT2->VT三个晶闸管依次轮流导通120度，其余时间晶闸管承受方向的线电压，在图中的导通标志是晶闸管承受的正向电压为0的线段。

图17三个晶闸管的导通顺序的波形反应

晶闸管承受的反向电压分析：

以晶闸管VT1为例，见下图18，此图为触发角为30度时的晶闸管两端的电压。

图18晶闸管VT1两端承受的电压波形

在VT1导通时近似承受0压降，在120度导通后，突然会有一个反向电压施加在VT1上，这个电压是由于VT2的导通使VT1关断，承受反向电压（v-u）。

此电压作用120度后，由于VT3的导通，使VT2关断，此时VT1承受的反向电压为（w-u），以导致在图中有电压突变的过程。

3.第（3）问修改负载电感后的影响

5mH的工作，见下图19。

图19修改电感为5mH时的工作波形

1H的工作，见下图20。

图20修改电感为1H时的工作波形

分析：

通过比较电感值为5mH，50mH，1H时的工作波形，可以看出

（1）5mH是输出电压波形是断续的，导致输出电流也是断续的。

而50mH和1H时为连续。

可以说明电感值越大，续流作用越好，导致输出电流的直流成分越好。

（2）可以工作输出电流的波形可以看出，电感值越小，动态响应越快，电感值越大，响应越缓慢，例如1H时达到稳态工作需要0.28秒，可从图20最后一项的电流波形看出。

（3）电感越大，输出电流的纹波越小，特别是1H时的波形反应了几乎成了直流。

（4）电感的值会影响晶闸管的导通，电感值太小，导通角完全可能小于180度，例如5mH的波形。

作业3任务要求：

（1）完成三相桥式半控整流电路的设计，负载为阻感负载，电阻为10Ω，电感为6.5mH，输入电源电压为310V，频率50Hz，选择Y型连接，中性点接地。

（2）分析触发角为300、600时三相桥式半控整流电路的工作过程，如果增加续流支路，再次分析触发角为300、600时三相半控整流电路的工作过程。

三相半控桥式电路的直流侧增加一个320V直流电源。

这时电路能否工作在逆变模式，如能，请作出相应的仿真波形，并说明电路工作在逆变状态；如不能，请说明原因。

（3）将三相半控电路改为全控桥式电路，交流侧的输入电源不变，直流侧的电阻、电感和电源保持不变。

这个电路是否能够工作在逆变状态，如能，请作出相应的仿真波形，并说明电路确实工作在逆变状态；如不能，请说明原因，并进行相应的修改后再完成逆变电路的仿真。

实验三

1.第

（1）