北京交通大学电气工程学院计算机仿真大作业

1、北京交通大学2012 -2013学年 第二学期考试试题名姓课程名称：计算机仿真技术号学班 气电 级班院学程工气电院学北京交通大学电气 班姓名：学号：题目：12脉波整流电路仿真三相桥式全控整流电路是应用广泛的整流电路，完整的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等组成。传统的6脉波全控整流电路交流侧存在较大的谐波电流。为了获得较好的谐波特性，可以采用多脉波整流电路，如 下图中所示的典型 12脉波全桥整流电路。4电路基本参数：三相电网电压10kV;整流变压器变比10kV/380V 50Hz ,副边两个绕组的相位相差30度；两组整流桥输出正端各接5mH电感后并联；负载为阻感性负载，电阻R=1欧姆，电感 L = 50mH;仿真时间1s。1、12脉波整流电路建模（10分）根据题目给出的主电路和基本参数，建立完整的12脉波整流电路的模型，即包括主电路、同步电路、触发脉冲电路、仿真结果测量及显示电路等，给出建模思路说明和主要元 器件参数设置说明。解：在1000KW以上的大功率系统中，常采用双十三桥构成的十二相整流电路。对于晶闸 管-直流电动机系统，为了克服电压或电

2、流脉动对生产机械造成的损害，也常常采取增加整 流电路的相数，而采用十二相整流电路。仿真电路图如下所示。CcnctirlE3bhUa2rVUb2n/Uc2n.12-Pulsegk._d./PDblack*Tfrir-ee-Phaae Saurer* 2 i 3 3 b H a b c rvyvThree-Pha&e Trafisformer (Three Windings)CantlfliUOvG0powerguiIan_wl/l3n_w2Uon_*b w2/Uob_3n HUniversal Bridge 1Sqqch-3OtKrete Mean value电源选择线电压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、，3绕组选择D1接。在这里要注意，要和触发器的D1选择相同，不然会出现触发错误的现象。 Block Parameters: Three-Phase Transformer (Three Windings)Three-Phase TransTormer (Three Windings) (mask) (link)This block iniplenents a thr&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 AdvancedW

4、inding 1 connection (ABC teriRinals) : YWinding 1 conrijection (abc-2 terminals) : YWinding 3 ronnection (abc-3 terminals) : Delta (DI) _ Saturable cereMeaEurcjnentE NoneOK 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，使直流电压下降, 所以将绕组的电感设为0。Configurat ionParameters 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 0Winding 2 parameters V2 PhPh(Vrms) 、 R2 (Ohm) 、 L2(H) 380 0* 002 0Winding 3 parameters

5、 V3 Fh-Fh(Vrms) , K3 (Ohm) , L3(H) 3B0 04 002 0Magnetization resistance M (Ohn) 500Magnetization zLnductance Ln (H) 5 口口2、12脉波整流电路开环仿真(15分)(1)要求输出的负载平均电压为300V,根据直流电压平均值与触发角的关系，估算触发角，给出估算依据和说明。(2)设置整流桥的触发角，进行仿真。给出两组整流桥A相下桥臂晶闸管触发脉冲、A相同步电压信号的波形，要求在同一示波器下显示。(3)采用POWERGUI模块(或其他模块)对三相电网中的电流、一个整流桥的三相电流进行分析，分别记录从0.5s开始的一个基波周期的电流波形及FFT分析图，分析比较12脉波整流电路与 6脉波整流电路的谐波电流及THD特性。角军：(1)由于电源并联输出电压不变，所以输入电压与输出电压的关系可以用三相全控整流桥公式得出，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 Ull1.35

6、38054.17,当角度为54.17时，输出电压平均值为 300V,以下的仿真均是在角度为54.170时的运行的。负载R上的电压波形如图所示。可以看出，负载R上的电压平直，为 300V,并且基本无波动，说明副边的电流也基本为恒定，等效为直流源。12脉波整流电路的直流侧输出电压Ud （R+L的电压）如下图所示。输出电压波动范围为200V 400V,约有200V的电压波动。rrnrj ataau- IIsodTSL.IdaI.j ca,I UU -a-i- - 8- - -1 -i- - J- - , :- -口 T .:? *, 一一一;一 :,： 一 ,；-7一一；:-1 1 QQIIiI1I0 0J 0,2 Q3 0.40,506070,80 91Time offset： 0直流侧输出电压的细节如下所示。输出电压平均值为300V。Diplsy输出电压波动范围对比三相全控整流桥，三相全控整流桥的直流侧输出波形如下所示。为50V490V,约有440V的电压波动。卜图为三相全控整流电路输出电压的细节图。0.6150.6250.6350.E4Time oleet： 0由图可以看出，带平衡电抗

7、器的12脉相控整流电路的电压脉动明显小于三相全控整流电路，电压的谐波分量明显减小，适合带对电压质量要求高的负载。不接平衡电抗器时L时，同双反星形电路一样，两组桥不能同时向负载供电，而只能交替地向负载供电，不过交替的间隔是兀/6。接入平衡电抗器 L后，当1组桥的瞬时电压高于 2组桥的瞬时电压，并同时伴有整流 电流输出时，会在平衡电抗器的两端产生感应电动势，其一半减小1组桥的电动势，另一半则增加2组桥的电动势，通过电抗器的平衡作用， 同时维持两组桥都工作在三相全控桥相控 整流状态。当1组桥的瞬时线电压等于 2组桥的瞬时线电压时， 两组桥并联运行， 此时在平 衡电抗器上产生的感应电动势为零。之后当2组桥的瞬时线电压大于 1组桥的瞬时线电压时，则平衡电抗器上产生的感应电动势极性相反，继续维持两桥正常导通。(2)从上到下依次为：绕组 2的A相电压，绕组 2的AB线电压，绕组2对应整流桥的A相下管触发信号，绕组 3的AB线电压，绕组3对应整流桥的A相下管的触发信号Tme onset: 0可以看出，D1接绕组比Y接绕组滞后了 30度，同时对应的触发信号也比Y接的触发信号滞后了 30度。(3)使用po

8、wergui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):下列仿真波形依次为： 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相电流三相全控相控整流电路的交流侧A相电流 带平波电抗器的12脉波全控整流电路高压侧A相电流下图为绕组2的A相的电流波形。与三相全控的一相电流波形相似，只是在最高点有波动。三相全控相控整流电路的交流侧A相电流波形图如下所示。为阶梯波，在最点无抖Time offset: 0傅立叶频谱分析如下。Signal to analyzea Display selected signal Display FFT whdowSelected signal 50 cycles. FFT window (in red 1 cyclss100-10000 20.40.6 DE1Time (s)FFT analysisFundamental (50Hz) = 136 2 . HD= 31 42%(EluaE 再 punLl-至)6e204QQ 600Frequency (Hz)8001000最低次谐波为300Hz，是基波的6倍频。THD=31.42%。-Arailable signalsStructure:lan_w2Input;input 1Snal number.FFT windowOSStart time ($):Number of cycles： |1Ftfidaihental frecfusrwy (Ht 5QFFT settings -Display style:Bar (reiativfr to fundamental) 一Be5e v-aiue: |loFrequency axis:HertztMax Fre=c|unc

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