北京交通大学 电气工程学院 计算机仿真 作业二Word下载.docx
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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。
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。
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。
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。
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。
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。
交流侧THD为0.3583,直流侧电流平均值为1019A。
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。
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。
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。
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