北京交通大学 电气工程学院 计算机仿真 作业二.docx

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北京交通大学电气工程学院计算机仿真作业二

计算机仿真技术作业二

北京交通大学电气工程学院

题目：

带电容滤波的三相不控整流桥仿真

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。

注：

前三项只考虑稳态情况，第四项注重启动过程。

1、直流电压与负载电阻的关系：

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。

解：

a）空载时直流侧电压波形

如图可知，空载时直流输出电压为537.4V，没有纹波。

b）负载10欧姆时直流侧电压波形

负载10欧姆时，电压波形的细节图

由图可知，负载10欧姆时，电压波形平均值为523.3V，电压峰值为538V，最低点约为506V。

已经出现纹波现象。

c）负载1欧姆直流侧电压波形

负载1欧姆时，电压波形的细节图

由图可知，电压均值为511.1V，电压峰值为535V，最低点为465V。

纹波比负载10欧姆更明显。

d）负载0.1欧姆时直流侧电压波形

负载0.1欧姆时，电压波形的细节图

由图可知，电压均值为493.5V，电压峰值为518V，最低点为452V。

纹波比负载1欧姆更明显，波动程度更大。

分析：

空载时，电容两端所加电压最高为交流侧线电压最高值537.4V，同时由于空载，没有放电回路，所以电容无法放电，电容电压稳定在537.4V，不再变化。

当带上负载后，电容在直流侧电压低于537.4V时，电容通过负载放电，负载越大（0.1欧姆），放点速度越快，导致电压纹波越大，电压平均值越低。

负载小时（10欧姆），电容放电速率受到负载影响，在直流侧电压下降速率高于放电速率时，电容放电曲线变成线性下降的直线。

2、电流波形与负载的关系：

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。

解：

仿真连接图如下所示。

a）负载为10欧姆时，上图为交流侧电流波形，下图为直流侧电流波形。

交流侧平均电流（由图可得为0A，由于时间不是周期的整数倍，所以计算不是非常准确），直流侧平均电流为52.34A

b）负载为1.67欧姆时，上图为交流侧电流波形，下图为直流侧电流波形。

交流侧电流幅值增加，直流侧平均电流为306.6A。

c）负载为0.5欧姆时，上图为交流侧电流波形，下图为直流侧电流波形。

交流侧幅值进一步增大，平均值仍然为0。

直流侧平均电流为1018A。

分析：

随着负载的加大（10、1.67、0.5），直流侧的电流逐渐增大，且直流侧电流起伏逐渐增大，波纹增加，同时，a相的电流也逐渐增大。

当负载为10时，直流侧电流为断续；负载为1.67时，直流侧电流为临界状态；负载为0.5时，直流侧电流变为连续状态。

 分界点：

3、平波电抗器的作用

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。

解：

仿真连接图如下所示。

a）加平波电抗器，负载为50欧姆。

上图为交流侧电流波形，下图为直流侧电流波形。

交流侧THD为0.9788，直流侧电流平均值为10.37A。

b）加平波电抗器，负载为0.5欧姆。

上图为交流侧电流波形，下图为直流侧电流波形。

交流侧THD为0.3589，直流侧电流平均值为1018A。

c）不加平波电抗器，负载为50欧姆。

上图为交流侧电流波形，下图为直流侧电流波形。

交流侧THD为2.525，直流侧电流平均值为10.67A。

d）不加平波电抗器，负载为0.5欧姆。

上图为交流侧电流波形，下图为直流侧电流波形。

交流侧THD为0.3583，直流侧电流平均值为1019A。

分析：

分析波形和THD值，可知同样负载条件下：

有平波电抗器时，直流电流明显平稳很多；有平波电抗器时，a相电流也平稳很多；有平波电抗器时THD明显变小。

4、抑制充电电流的方法

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。

解：

直接启动时仿真连接图，启动时刻为0.05s。

启动时直流侧电流波形如下所示。

可以看到，启动时由于电容两端电压突变，导致产生很大的冲击电流。

稳定后的波形如下所示，负载1欧姆。

这里使用软启动抑制充电电流，启动时在直流侧串入电阻，在启动后将电阻切除。

稳定后，再接入负载。

直流侧电流仿真图如下所示。

0.05s时启动，0.7s时切除软启动电阻，0.8s时加入负载。

稳定后直流侧波形如下所示。

直流侧电流仿真图如下所示。

如图可知，电流的冲击被消除了。

在最初启动时，由于电阻存在，电容充电稳定，电流突变约为50A，不至于太大，待电压稳定上升，与稳定电压值相差不多的时候，再切除软启动电阻。

此时电容电压还是有小突变，但是引起的电流尖峰明显变小，约为100A。

然后在0.8s时接入负载，进入稳定工作状态。

可以看到，软启动设置的合适，可以非常有效的消除闭合时的电流尖峰，有利于电路正常工作。