北京交通大学电气工程学院计算机模拟大作业.docx》由会员共享，可以下载免费在线全文阅读。本文档格式为docx，更多相关北京交通大学电气工程学院计算机模拟大作业.docx》请在天天文库搜索文档。
2012年北京交通大学 -2013学年 第二学期试题名称:计算机仿真技术号学班 气电 北京交通大学电气 班级名称：学号：题目：12脉波整流电路模拟三相桥式全控整流电路是一种应用广泛的整流电路，三相桥式全控整流电路由整流变压器、晶闸管整流桥、负载、脉冲触发器和同步环节组成。传统的 6脉波全控整流电路交流侧谐波电流较大。传统的 6脉波全控整流电路交流侧谐波电流谐波电流。多脉波整流电路，如 如下图所示 脉波全桥整流电路12。4电路基本参数：三相电网电压 10kV;整流变压器变比10kV/380V 50Hz ,副侧两个绕组相差30度；两组整流桥输出正端各连接 5mH电感后并联；负载为电阻负载R=1欧姆，电感 L = 50mH;仿真时间1s。1.根据题目给出的主电路和基本参数，建立12脉波整流电路建模(10分) 脉波整流电路的模型包括主电路和同步。
2、电路、触发脉冲电路、模拟结果测量和显示电路等， 设置器件参数说明。解：在1000KW在上述大功率系统中，整流电路常用于上述大功率系统。对于晶闸 为了克服电压或电流脉动对生产机械造成的损坏，管-直流电机系统经常增加整体 采用十二相整流电路的流电路相数。模拟电路图如下所示。CcnctirlE3b[hUa2rVUb2n/Uc2n.12-Pulse■gk._d./PDblack*Tfrir-ee-Phaae Saurer* 2 i 3 3 ■" b H a b ￥ ^c rvyv^Three-Pha&e Trafisformer (Three Windings)CantlfliUOvG?0powerguiIan_wl/l3n_w2Uon_*?0powerguiIan_wl/l3n_w2Uon_*?b w2/Uob_3n HUniversal Bridge 1Sqqch-3OtKrete Mean value电源。
3.选择线电压10kV,频率50Hz。Three-Phase Source (mask) (link)Three-phase volt age source in series with RL branch.ParametersPhase-t o-phase tins volt age (V): 10e3Phase angle of phase A tdegrees): 0Frequency (Hz): 50三相变压器2绕组选择Y接，3绕组选择D1接。这里要注意触发器 D1选择相同，否则会触发错误。这里要注意触发器 D1.选择相同的，否则会触发错误。 Block Parameters: Three-Phase Transformer (Three Windings)Three-Phase TransTormer (Three Windings) (mask) (link)This block iniplenents a t。
4、hr&e-phase transformer by using three singlephase trs5fotnier自.Set the binding connection to 'Yn' irhen you want to access the neutral point of the Wye (for winding 1 and 3 onlyj.Click the Apply or the OK button after a change to the Units popup to confirm ths convetsion of parajnetet^.Configuration Parameters AdvancedWinding 1 connection (ABC teriRinals) : YWinding 1 conrijection (abc-2 terminal。
5、s) : YWinding 3 ronnection (abc-3 terminals) : Delta (DI) _ Saturable cereMeaEurcjnentE None ▼OK Cancel Help Apply变压器的变比为10kV/380V/380V ,为了忽略电感带来的换向重叠，降低直流电压， 因此，将绕组的电感设置为 0。Configurat ion Parameters AdvancedUnits: SI -Nominal power and ■frequency [ PnCVAJ s fn (Hz)] [25cle6 , 50 ]Winding 1 parameters [ VI Ph-Ph(Vrms^ , RI (Ohm) , L1(H)] [10e3 0.002 0]Winding 2 parameters [ V2 Ph'Ph(Vrms) 、 R2 (Ohm。
6、) 、 L2(H)] [380 0* 002 0]Winding 3 parameters [ V3 Fh-Fh(Vrms) , K3 (Ohm) , L3(H)] [3B0 04 002 0]Magnetization resistance M (Ohn) 500Magnetization zLnductance Ln (H) 5 开环仿真(15分)(1)口2、12脉波整流电路所需的负载平均电压为 300V,根据直流电压平均值与触发角的关系，对触发角进行估算，并给出估算依据和说明。(2)设置整流桥的触发角进行模拟。(2)设置整流桥的触发角进行模拟。给出两组整流桥 A相下桥臂晶闸管触发脉冲，A同步电压信号的波形需要同步电压信号的波形。(3)采用POWERGUI模块(或其他模块)分析三相电网中的电流和整流桥的三相电流，分别记录 0.5s基波周期的电流波形开始 FFT分析图，分析比较12脉波整流电路与 。
7.谐波电流及6脉波整流电路 THD特性。角军:(1)由于电源并联输出电压不变，三相全控整流桥公式可以得到输入电压与输出电压的关系，即 Ud =1.35Ull cosot ,所以口 =arccos(—Ud ) =arccos(—300—) =54.21 口，实际 仿真中 测试的 角度 为1.35 Ull 1.35 38054.17°,当角度为54.17?当输出电压平均值为时 300V,以下模拟均为角度 54.170时运行。时，输出电压平均值为 300V,以下模拟均为角度 54.170时运行。负载R上的电压波形如图所示。负载可见 R上的电压平直，为 300V,而且基本没有波动，说明副边电流基本恒定，等效为直流源。脉波整流电路直流侧输出电压 Ud (R L如下图所示。输出电压波动范围为200V —400V,约有200V电压波动。■ r ■ r ■ ■ n ■ rj ? at a a " ■ ■ u ? ■ ■- IIsod。
8、■ T S L ..Id a I.j c ? a ■ ?, ? ,? ? ■ ?,I UU —■---a-i---^-- -- 8- ?- --■----1? ------^------i- -- J - - ~ , ■:- - ---口 T .: ? *, 一一…一; 一 :?,：???— 一 ?,?； -7 一一； …: -1 ■1 QQ I ] I i I 1 I 0 0J 0,2 Q3 0.4 0,5 06 07 0,8 0 9 1Time offset： 0直流侧输出电压的细节如下所示。平均输出电压为300V。Di^plsy与三相全控整流桥相比，输出电压波动范围如下。为50V—490V,约有440V电压波动。布图是三相全控整流电路输出电压的细节图。0.6150.6250.6350.E4Time o^leet： 从图中可以看出，带有平衡电抗器的0 1。
9.2脉相控整流电路的电压脉动明显小于三相全控整流电路，电压谐波分量明显降低，适用于电压质量要求高的负载。当不连接平衡电抗器时 L与双反星形电路一样，两组桥不能同时向负载供电， 而且只能交替载供电，但交替间隔为唐/6。接入平衡电抗器 L之后，当一组桥的瞬时电压高于 2组桥的瞬时电压伴有整流 电流输出时，平衡电抗器两端会产生感应电势， 一半通过电抗器的平衡，减少一组桥的电势，另一半通过电抗器增加两组桥的电势， 同时，保持两组桥都在三相全控桥上工作 整流状态。当1组桥的瞬时线电压等于 二组桥瞬时线电压时， 两组桥并联运行， 此时在平 衡电抗器上产生的感应电势为零。 之后，当两组桥的瞬时线电压大于 当1组桥的瞬时线电压时，平衡电抗器上产生的感应电势极性相反，继续保持两桥的正常导通。(2)自上而下依次绕组: 2的A相电压，绕组 2的AB线压，绕组2对应整流桥A相下管接触。
发送信号，绕组 3的AB线电压，绕组3对应整流桥A相下管的触发信号Tme onset: 0可以看出，D1.绕组比Y绕组滞后 30度，相应的触发信号也比 Y触发信号滞后 30度。(3)使用powergui进彳T FFT分析图设置为离散模式，取样时间为 0.00005s。Solver PreferencesSimulation type: Discrete ，Sample time (s):以下仿真波形依次为：① 带平波电抗器的12脉波全控整流电路绕组 a相电流(副边Y接头组)②三相全控整流电路交流侧 A相电流③ 带平波电抗器的12脉波全控整流电路高压侧 A相电流①下图为绕组2A相的电流波形。类似于三相全控的一相电流波形，但在最高点波动。类似于三相全控的一相电流波形，但在最高点波动。②三相全控整流电路交流侧 A相电流波形图如下所示。阶梯波在最点没有抖动Time offset: 傅立叶频谱分析如下。S。
11、ignal to analyzea Display selected signal Display FFT whdowSelected signal 50 cycles. FFT window (in red] 1 cyclss100-1000 0 2 0.4 0.6 DE 1Time (s)FFT analysisFundamental (50Hz) = 136 2 . HD= 31 42%(EluaE 再 punLl-至)6e^204QQ 600Frequency (Hz)800 最低次谐波3000Hz，是基波的6倍频率。THD=31.42%。THD=31.42%。-Arailable signalsStructure:lan_w2Input;input 1S^nal number.FFT windowOSStart time ($):Number of cycles： |1Ftfidaihental。
12、 frecfusrwy (Ht^ 5QFFT settings -Display style:Bar (reiativfr to fundamental) 一Be5e v-aiue: |loFrequency axis:Hertz tMax Fre=c|u?ncy (Hz):1000DispSyClose动。傅立叶析如下图所示。Signal to analyzea Display selected signal Display FFT wndowSelected signal 50 cycles. FFT window (in red] 1 cyclss200-2000 0 2 04 0.6 OB 1Time (s)FFT analysisFundamental (50Hz) = 316 9. HD= 31.12%200400 600Frequency (Hz)800 10000 5 0。
13、 5 2 11(EluaErapunLl-W %) 6号-Arailable signalsFFT windowStart time ($):Number of cycles： |1Ftfidaihental frecfusrwy (Ht^5QFFT settings -Display style:Bar (reiativfr to fundamental) 一Bfl5e v«iue:卜加Frequency axis:Hertz tMax Fre=c|u«ncy (Hz):1000Close最低次谐波为300Hz，是基波的6倍频。THD=31.12%。其频谱和带平波电抗器的 12脉波全控整流电路绕组 2 (副边Y接绕组)的a相电流相似，高频谐波下降的速率较慢，所占 成分比较多，对电路谐波干扰更大。③带平波电抗器的12脉波全控整流电路高压侧 A相电流波形图如下所示。 可以看出,A相电流波形已。
14、经和正弦波形基本类似，电流的纹波明显变小。Time offset: 0傅立叶分析图如下所示。0 0.2 0.4 O.fi OB 1Time (s)20Signal to analyzea Display selected signal Display FFT wndowSelected signal 50 cycles. FFT window (in red] 1 cyclfisFFT analysisFundamental (50Hz) = 25 25 7HD= 6 54%4 3 2 1(-EC* EEPUnLL求)6e/2004QQ 600Frequency (Hz)800 1000-Arailable signalsStructure:Input;nput 1S^nal number.FFT windowOSStart time ($):Number of cycles： |1Ftf。
15、idaihental frecfusrwy (Ht^ 5QFFT settings -Display style:Bar (reiativfr to fundamental) 一Bwb vjjiue: |l.QiFrequency axis:Hertz tMax Fre=c|u«ncy (Hz):1000Close对A相电流进行分析:假设直流侧为大电感负载，电流恒定，则 iaN1的傅立叶级数表达式为iaiiaN12 3 ।二 Idn..1 . . , 1 . — , 1 . 一 . 1 一 C .sin t sin5 t sin7 t — sin11 t —sin13 t5711 13243 . 1 . 1 -1 . . 1 .ia2 = Id Jsin(^t -30^- sin5(5t-30 ) — sin79t-30)+ [email protected] )+ sin13®t - 30 )…n 「。
16、 5 7 11 132 3i b2 二 H.., ,…1 ., ,…1 •, …、1 1d』sin(同一1503 ——sin5(^t -150s) [email protected] _150口) +—sin11(句t —150口) +5 7 111 sin13( t -30 )136 1 1 1 1 1 1ia2 -ib2 =一 Id sin^t -sin5工t —sin 7三4 一sin11 t —sin13二t ——sin23工t ——sin25工t二 5 7 11 13 23 25N2 绕组 a、b 的相电流 iaN2、i bN2 为 iaN2 = i a2 + icN2 ,i bN2 = ib2 + iaN2由于三项对称，N2绕组C相电流离2 = -OaN2 +*N2)iaN2 = ia2 - (i aN 2 ibN2 ) = i a2 - iaN2 - (i b2 iaN2 ) = i a2 -。
17、 ib2 - 2iaN21( )iaN 2 - - (ia2 i b2 )3由于N2 =J3n1，若一次绕组N0=N1,则一次测A相电流应为iA=iaN1,. 3i aN 2-阪1 (ia2 - ib2) / 3由此可得iA,,1 ，1 ，1 ，1 .一』sin 句t+ sin11at+ sin13jt+ sin23jt+ sin25cjt …11 13 23 25所以，带平衡电抗器的双三相桥式 12脉波整流桥电路交流电源中只含有 12K ±1次谐波电流，最低次谐波电流为 11次，而三相桥6脉波整流电路交流电源中含有 6K ±1次谐波电流，最低次谐波电流为 5次。从图中也可以明显看出，最低次谐波出现在 550Hz, THD=6.54%明显变小，谐波的次数 增大并且比重变小，变得更容易滤除，对设备的干扰更小。所以 12脉波整流电路可以明显改善电流波形，提高了电流的质量。3、12脉波整流电路闭。
18、环仿真(10分)采用电流闭环控制，使两组整流桥输出的电流都为 100A。说明相关参数，分别给出两组整流桥的电流输出波形、交流侧输入电流波形、10kV电网电流波形。电流闭环控制框图如下图所示。指令电流(Iref= 100) +-r—^X)一八输出电流反馈Io1触发角PI调节器1触发角予PI调节器2输出电流反馈Io2角军：闭环仿真电路图如下所示。不加 PI控制前，假设两路的输出电流为 100A时，总输出电流为200A,输出电压为200V,通过计算得出，控制角度为 67度。则以67度为基 准值进行仿真。则设计思路为：使指令电流信号为 100A,与反馈叠加，通过 PI控制器后，添加 67度的偏移量(即两组电路的基准值。如果不加基准值，运行仿真后，系统也可以自动找到 平衡的触发角，也可以完成仿真波形，加入 67度是初始给系统一个角度定位，使系统仿真速度更快，其余波形没有差别)，完成控制环节。*Jpl。
19、*ii„d*(!A E;北国Hmk＞即*“i口*c"也 ~EhmaH4靠n “31□两个PI控制器参数相同，设置如下： Kp为0.7, Ki为10。Main PID Data d | StateController settingsController form: ParallelPropoTTiQinal (P) ： 0. 71nttaral (I): 10运行仿真，负载 R上通过的电流如图所示。Tima offset: D250可以看到电流在0.1s左右有超调尖峰，然后平滑下降，稳定在 200A。两路输出电流(L1、L2上流过的电流)如图所示。电流在 0.2s就达到稳定，在100A 附近波动，波动范围是 80A —120A。Time oilT？et: 0下图为两路输出电流互补，叠加以后流过负载，可以看到，输出到负载上的电流维持在 200A不变。求。输出电流的平均值如下所示，两路电流的平。
20、均值均在100A左右，说明调节基本达到要下图为没有经过 PI调节的通过L1、L2的电流，可以看到，电流在 3s时仍然不稳定, L1路仍然有下降的趋势，L2路有上升的趋势。Time offset: 0和130.4A的关系，两路所承担的电流值不想等，这会使绕组 且减少了绕组从两路的输出电流平均值可以看出， 两路电流并不是100A和100A的关系，而是69.96A3上承担更多的电流负担，并下面对比有PI和无PI控制时的三项绕组原边和两个副边的相电流。下图为添加PI控制器的相电流波形。从上到下的电流依次为原边 A相电流IA,绕组2a相流过的电流Ian_w2,绕组3a端输出电流Ian_w3。Tine offset: 0下图为三个相电流的细节图。可以看出，绕组 2a相流过的电流Ian_w2和绕组3a端输出电流Ian_w3的波形基本相同，幅值一致，两绕组承担的电流负担相同。卜图为没有添加 PI控制器的相。
21、电流波形。 从上到下的电流依次为原边 A相电流IA,绕组2a相流过的电流Ian_w2 ,绕组3a端输出电流Ian_w3。可以看出，绕组 2和绕组3的电 流波形在3s还未稳定，绕组 2相电流有减小趋势，绕组 3电流有增大趋势。从细节图可以看出绕组 2和绕组3的相电流的幅值相差很多， 峰值绕组2为90A,绕组3为140A。通过相电流波形也可以看出，绕组 2和绕组3的电流负担不同，一个承担了过 多的负担，一个利用率不足。而是不断在变化。这说明对控制角度进行跟踪，可以看到触发角度，并不是稳定不动,角度随着输出的变化，也在调节中，才使得两路的输出电流各保持在100A。可以看到，触发角也基本互补变化，变化角度在 65度―95度。.| 79画角度的平均值都为 79度左右。 口邱国2不用PI控制直接将角度设为 79度，直流侧L1、L2输出波形如下。电流已经非常不平均。L1支路(即绕组2电流)基本上承担了所。
22、有的电流量， L2支路基本没有电流流过。2.65 266 2.67 2£3 269 2.7TlriiC Offset Q由以上仿真结果可以看出，加入 PI控制后，可以实现对触发角的动态控制， 从而控制了直流侧两路电流的平均值，使电流更均匀，保证了两绕组的利用率。4、总结与体会(5分)总结仿真中遇到的问题，以及对本门课程的心得体会等。答： 我认为计算机仿真是一门非常实用的课程，我们学习计算机仿真的同时，正好也同时 在学习电力电力课程， 最直接的收益就是， 做完了计算机仿真， 对电力电子技术的理解就加深了，理解起来也更加容易了。计算机仿真最重要的事情， 就是一定要亲自动手去做。 这些仿真模型的建立、 参数的设定、波形的分析能力，都是需要亲自去搭建、去设置、去计算才能学会的，平时不努力，只靠拷贝别人的仿真结果， 是不可能学会、 学好学一门课程的， 最重要的学不会这样一个实用的、对以后都有帮助的仿真技术。仿真的过程中， 总是遇到各种各样的问题。 就拿大作业来说， 刚开始仿真显示的平均值总是不对， 和理论计算的结果总是有很大差距， 我抱着电力电子课本研究了一下午， 也找不出来问题。 最后终于发现， 是平均值的模块 In mean 选择错误， 应该选择 Discrete 离散模块。使用离散模型后，结果就准确的显示了出来。 有时候遇到问题，而老师不在身边， 我也会利用百度等工具，更加深入的了解 simulink 的一些仿真功能，完成所需的仿真。最后感谢老师对我们耐心的指导， 除了上课之外， 在周三下午答疑时会耐心的在机房给我们解答问题，使我们可以快速准确的完成仿真。我相信学习的这门技术， 一定会陪伴我走很远， 在我以后的学习工作中， 一定会经常和它见面的。这门课学的很开心，也很有意思。再次谢谢老师的指导。。