电力电子仿真技术 修复的.docx
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电力电子仿真技术修复的
电力电子仿真技术
姓名:
XXX
专业:
电气工程及其自动化
学号:
09101901XX
指导老师:
吕广强
时间:
2012年5月12日
实验一、三相桥式全控整流电路
一、实验原理图
图1.1三相桥式全控整流电路(三相全控桥)
(1)两个SCR同时通形成供电回路,其中共阴极组和共阳极组各有一个SCR导通,且不能为同相的两个SCR(否则没有输出)。
(2)对触发脉冲的要求:
按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的顺序,相位依次差60;
共阴极组VT1、VT3、VT5的脉冲依次差120,共阳极组VT4、VT6、VT2也依次差120;
同一相的上下两个桥臂,即VT1与VT4,VT3与VT6,VT5与VT2,脉冲相差180。
(3)ud一周期脉动6次,每次脉动的波形都一样,所以三相全桥电路称为6脉波整流电路;
(4)需保证同时导通的2个晶闸管均有脉冲,可采用两种方法:
一种是宽脉冲触发(大于600)
另一种是双脉冲触发(常用):
在Ud的六个时间段,均给应该导通的SCR提供触发脉冲,而不管其原来是否导通。
所以每隔600就需要提供两个触发脉冲。
实际提供脉冲的顺序为:
1,2-2,3-3,4-4,5-5,6-6,1-1,2,不断重复。
二、仿真波形及分析
(1)纯电阻负载
图1.2三相全桥纯电阻负载仿真实验线路图
<1>、Va=Vb=Vc=(220*√6)/3V,电阻R=45ohm时,触发角为0度时波形图
波形分析:
晶闸管触发角alpha=0degree,相当于晶闸管为二极管。
此时,对于共阳极组的三个晶闸管,阳极所接交流电压最大的一个导通,而对于阴极组则是所接交流电压最小的那个导通。
因而,任意时刻,上下桥臂总各有一个晶闸管是导通的。
从三相电源电压来看,晶闸管在自然换相点处换相,各自然换向点既是相电压交点又是线电压交点。
从相电压来看,共阴极组导通时,整流输出电压为相电压在正半周的包络线;共阳极组导通时,整流输出电压为相电压在负半周的包络线,总的输出电压为两包络线的差值,即为线电压在正半周的包络线。
这个可以从相(线)电流上看出!
<2>、Va=Vb=Vc=(220*√6)/3V,电阻R=45ohm时,触发角为30度时各器件波形
波形分析:
(1)晶闸管起始导通时刻推迟了30度,组成ud的每一段线电压因此推迟30度,图形最后给出了晶闸管上的电压波形;
(2)从第一个出发脉冲开始把一周期等分为6段,ud波形仍由6段线电压构成
(3)id与ud波形一致,两者之比为负载电阻。
图中第二个波形为三相的相电流波形。
Ud平均值降低。
<3>、Va=Vb=Vc=(220*√6)/3V,电阻R=1ohm时,触发角为60度时各器件波形
波形分析:
ud波形中每段线电压的波形继续后移,ud平均值继续降低。
α=60时ud刚刚出现零点。
<4>、Va=Vb=Vc=(220*√6)/3V,电阻R=1ohm时,触发角为90度时各器件波形
波形分析:
ud、id出现断续情况,每60度的波形中有30度时为零的。
触发脉冲未到达之前,晶闸管一直承受正向压降,触发脉冲到来后,晶闸管导通,直到两相电压相等为止,这时电流为零,使得晶闸管关断而下一个触发脉冲仍未到来因而出现了ud为0的过程。
持续到下一相出发脉冲来到。
<5>功率因数分析
波形分析完后,接着做了交流侧的功率因数分析
触发角/度
0
30
60
90
有功功率P(W)
29436.933
22350.070
9420.290
1385.524
无功功率Q(var)
18.467
11795.704
11565.977
3847.942
功率因数
(P/sqrt(P^2+Q^2))
约等于1
0.884
0.632
0.339
表1-1三相全控桥不同触发角时A相电流、电压的功率因数
<6>交流侧谐波分析
图1.3三相全控桥电阻负载(0度)交流侧A相电流fft分析
图1.4三相全控桥电阻负载(30度)交流侧A相电流fft分析
图1.5三相全控桥电阻负载(60度)交流侧A相电流fft分析
图1.6三相全控桥电阻负载(90度)交流侧A相电流fft分析
交流侧谐波分析:
理论分析:
变压器二次侧电流谐波分析:
实际情况正如理论分析,电流中仅含6k+1和6k-1(k为正整数)次谐波;各次谐波有效值与谐波次数成反比,基波频率幅度随着触发角的增大越来越小,总的谐波畸变率THD随着触发角的增大而增大,因波形越来越偏离正弦波的形状。
波形上下对称,直流分量基本为0。
<7>直流侧整流输出电压谐波分析
图1.7三相全控桥电阻负载(0度)负载电压fft分析
图1.8三相全控桥电阻负载(30度)负载电压fft分析
图1.9三相全控桥电阻负载(60度)负载电压fft分析
图1.10三相全控桥电阻负载(90度)负载电压fft分析
理论分析:
a整流电路的输出电压中主要成分为直流,同时包含各种频率的谐波,这些谐波对于负载的工作是不利的。
alpha=0时整流电压、电流中的谐波有如下规律:
(1)6脉波整流电压ud0的谐波次数为6k(k=1,2,3...)次,即6的倍数次;整流电流的谐波由整流电压的谐波决定,也为6k次;
(2)随谐波次数增大,谐波幅值迅速减小,表明最低次(6次)谐波是最主要的,其它次数的谐波相对较少;当负载中有电感时,负载电流谐波幅值dn的减小更为迅速;
(2)三相全控桥阻感负载整流电路
电阻R=20ohm,电感L=1H
<1>触发角为0度时波形图
当电感很小(L=1mH)时,发现其波形与纯负载时基本一致!
<2>触发角为30度时波形图
<3>触发角为60度时波形图
<4>触发角为90度时波形图
<5>触发角为90度串联大电感时波形图
仿真实验过程中可以看到,alpha=90度时当串联更大电感时,负载电流变化为0的时间被大大延长了!
原先仿真到0.1s时电流已经接近为0了,当电感为10H时,电流为0的时间延长到了1s。
由此可见电感的延缓电流变化的巨大作用!
所以电感又被称作平波电抗器!
波形分析:
(1)α≤60°时
ud波形连续,工作情况与带电阻负载时十分相似,各晶闸管的通断情况、输出整流电压ud波形、晶闸管承受的电压波形等都一样;
区别在于:
由于负载不同,同样的整流输出电压加到负载上,得到的负载电流id波形不同。
电感性负载时,由于电感的作用,使得负载电流波形变得平直,前期有一段电流上升的阶段。
当电感足够大的时候,负载电流的波形可近似为一条水平线。
(2)α>60°时
电感性负载时的工作情况与电阻负载时不同,电阻负载时ud波形不会出现负值,而电感性负载时,由于电感L的作用,ud波形会出现负的部分;
带电感性负载时,三相桥式全控整流电路的α角移相范围为90°。
α=90°时,Ud波形上下对称,平均值为零。
<6>功率因数分析
波形分析完后,接着做了交流侧的功率因数分析
触发角
0
30
60
90
有功功率P(W)
1457.755
1079.779
358.662
0.093
无功功率Q(var)
-26.476
624.148
624.667
8.535
功率因数
(P/sqrt(P^2+Q^2))
0.999835
0.8657
0.4979
0.011
这里我们利用了分别读取有功功率和无功功率的方法来计算功率因数,利用了模块“ActiveandreactivePower”。
表1-2三相全控桥阻感负载不同触发角时A相电流、电压的功率因数
与理论公式,(L值极大)
相比较,存在一定误差,主要在于电感L的值不可能取到无穷大。
<7>交流侧谐波分析
图1.11三相全控桥阻感负载(0度)交流侧A相电流fft分析
图1.12三相全控桥阻感负载(30度)交流侧A相电流fft分析
图1.13三相全控桥阻感负载(60度)交流侧A相电流fft分析
图1.14三相全控桥阻感负载(90度)交流侧A相电流fft分析
变压器二次侧电流谐波分析:
谐波主要还是6k+1次及6k-1(k为整数)。
随着触发角的增大,THD越来越大,基波幅值越来越小。
同时发现阻感负载时基波附近频率幅值很大,甚至超过了5次谐波的幅值,这似乎与理论不太相符合。
仔细分析了电流波形波形,原因在于电感会抑制电流的突变,电流从0开始有一个建立过程,这段过程中电流波形大大不同于往后的周期式的波形图,所以影响了低频段的谐波幅值,若是忽略起始过程,电流波形的Fourier级数展开式还是比较规律的。
如:
在阻感负载30度时我们延长仿真时间到0.6s,FFT的分析开始时间(Starttime)设置为0.1s(考虑到此时波形已经规律了),这样形成了如下的波形:
由此,确定了以上分析结论!
电流建立的过程影响了低频段的谐波幅值。
同理:
在纯阻性负载时,研究负载电压时若我们也忽略起始过程的冲激波形,则也能得到很规律的FFT分析频谱。
如:
纯电阻负载时alpha为90度时,我们选取Starttime为0.05s,得到的FFT频谱如下:
如图,此时很明显的能够看出整流侧输出的电压谐波为6K次。
其中0次代表的是直流分量,它正是我们所说的负载上的平均电压。
总结一下,进行快速FFT分析时,有必要对需要分析的信号进行处理,这样会得到比较精准的结果!
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