计算机仿真 带电容滤波的三相不控整流桥仿真结题报告 实验二.docx

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计算机仿真带电容滤波的三相不控整流桥仿真结题报告实验二

BeijingJiaotongUniversity

带电容滤波的三相不控整流桥仿真

结题报告

姓名：

TYP

班级：

电气0906

学号：

09291183

指导老师：

牛利勇

完成日期：

2012.4.27

一、实验综述

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。

二、直流电压与负载电阻的关系

1、实验内容

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。

2、实验步骤及仿真波形

可知，此实验可以用最简单的三相不控整流桥来仿真，即一个三相交流电源，经过二极管组成的整流桥和大电容滤波，最终带一个纯电阻负载。

按照实验要求搭建好simulink模型，其中电源选Three-phaseSource，线电压为380V，频率50Hz，内阻0.001Ω，电感选为0（不为0的话会对系统之后的仿真产生很大影响）；整流桥选UniversalBridge模块，然后将整流元件选为diodes（二极管）；滤波电容和负载可以用一个ParallelRLCBranch模块代替，然后选择RC电路即可。

电压表侧电阻两端的电压，输出用示波器观察波形，同时用平均值显示器显示输出的平均值。

同时要移入一个powergui模块，仿真步长设为0.3s。

具体连接图及参数设置如下图所示：

（1）将负载断开（R选为inf），测得滤波后输出电压Vave=537.4V。

波形如下图所示：

（2）将负载选为轻载（R=10Ω）,测得输出电压Vave=523V。

波形如下图所示：

（3）将负载选为中等大小负载（R=1Ω）,测得输出电压Vave=511.1V。

波形如下图所示：

（4）将负载选为重载（R=0.1Ω）,测得输出电压Vave=493.5V。

波形如下图所示：

3、实验结果分析

通过仿真波形和输出电压平均值可以看出直流电压与负载电阻的关系：

空载时，输出的直流电压波形近似为直线，负载越重电压的纹波越严重；随着电阻的增大，电压平均值越来越小。

三、电流波形与负载的关系

1、实验内容

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。

2、实验步骤及仿真波形

这个仿真的基本电路没有变化，不过在整流桥前后都加上了电流表和示波器。

具体连接图和输出波形如下图所示：

（1）当负载为重载（R=0.5Ω）时，可知整流前A相电流平均值为Iavei=-113.2A，整流后的直流电流为Iaveo=1018A。

在这里多说一下，simulink仿真器的系统算法对输出波形的精度是不一样的，这个在实验一中也有体现，对这个仿真来说，选择ode23tb算法比较适合，此算法精度较低，输出波形观察性较好，几乎没有毛刺毛刺。

下面给出用ode23tb算法和ode45算法仿真出的波形对比。

（ode23tb）

（ode45）

（2）将负载选为中等负载（R=1.67Ω），整流前A相电流平均值为Iavei=-43.97A，整流后的直流电流为Iaveo=305.7A。

具体连接线路以及输出波形如下图所示：

（3）将负载选为轻载（R=10Ω），整流前A相电流平均值为Iavei=-9.871A，整流后的直流电流为Iaveo=52.28A。

具体连接线路以及输出波形如下图所示：

3、实验结果分析

通过仿真波形和输出电压平均值可以看出电流波形与负载的关系：

随着负载越来越重（负载电阻减小），直流侧电流逐渐增大，且直流侧电流欺负逐渐增大，纹波增加；同时，A相电流也逐渐增大，并更接近于正弦。

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；当负载为0.5时，直流侧电流连续。

四、平波电抗器的作用

1、实验内容

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。

2、实验步骤及仿真波形

主电路还是没有大的变化，变化的是：

1、在整流桥前用一个测%THD（总谐波畸变率）的模块显示THD值。

2、在整流桥后用一个电感平波。

具体连接图和输出波形如下图所示：

（1）负载为重载（R=0.5Ω），直流侧有电感，%THD=0.3582，整流后的直流电流为Iaveo=1018A。

（2）负载为重载（R=0.5Ω），直流侧无电感，%THD=0.3603，整流后的直流电流为Iaveo=1019A。

（3）负载为轻载（R=50Ω），直流侧有电感，%THD=0.9712，整流后的直流电流为Iaveo=10.37A。

（4）负载为轻载（R=50Ω），直流侧无电感，%THD=2.516，整流后的直流电流为Iaveo=10.75A。

3、实验结果分析

通过仿真波形和输出电压平均值可以看出电流波形与平波电抗器的关系：

同样负载情况下，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值较小。

五、抑制充电电流的方法

1、实验内容

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。

2、实验步骤及仿真波形

此仿真实验主要观察之前仿真时电路刚导通时的直流侧电流冲击以及在交流侧串入电阻之后的直流侧冲击。

具体连接图和输出波形如下图所示：

（1）在之前仿真时，交流侧没有串入电阻，直流侧的冲击电流（或浪涌电流）就特别大。

若负载取R=0.5Ω，可以看出Imax大约为13.5*104A，这对系统的影响可能是破坏性的。

（2）当负载为R=10Ω时，可以看出直流侧的冲击电流也是很大的。

（3）下面采取在交流侧串电阻的方式减小电路导通时的冲击电流。

若在三相串入1Ω电阻，可以看出直流侧冲击电流大约为265A，小了很多，抑制冲击电流的效果很明显。

（4）当串入的电阻换为5Ω时，可以看出冲击电流大约为59.5A，可以说对系统影响已经可以忽略了。

3、实验结果分析

观察前述仿真在启动时的交流有一个很大的冲击。

在负载的交流侧串电阻，在启动后的某时间内再将电阻切除，可以减小启动时大的交流冲击电流。

六、实验心得

上课的时候学了simulink中与电气，或者说与电力电子相关的模块Simpowersystem，有种豁然开朗的感觉，因为之前一直不知道怎么用Matlab仿真电力电子，现在知道原来有这么多元件库可以选择，可以设置，可以用来搭建。

这次实验就是对它的一些常用元件应用的实验，这些元件和设置方式如果不实践还真不知道有那些需要注意的地方，比如说三相电源的电感在此实验中最好设为0，以免影响后续仿真。

总之，通过此次实验我对Simpowersystem的应用更加熟练了，对后续的学习也更有激情了。