Saber实验报告.docx
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Saber实验报告
清华大学
学生实验报告
实验课程名称
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作业1要求:
(1)完成电阻电感负载下单相桥式整流电路的设计,其中电源电压是频率为50Hz、幅值为310V、初相角为0的正弦周期电压源,负载电阻为2Ω,负载电感为6.5mH。
模拟触发角为00、300、600时的工作过程,并分析整流的特点和工作过程。
(2)将负载电感修改为20mH后模拟触发角为00、300、600的工作过程,并分析负载电感对单相桥式整流电路特性的影响。
分析负载电感对输出直流电压的影响,并提出消除这种影响的方法。
(3)将电源电压的phase属性值修改为10后模拟触发角为300的情况,这时应该修改元件的那些属性值才能够得到正确的结果。
你是怎样判断得到结果的正确性。
(4)在负载中增加一100V的直流反电动势负载(电感保持为6.5mH),分析负载电流的特性。
作触发角为00,300时的仿真分析。
实验一
1.第
(1)问的仿真与分析
单相桥式整流电路仿真电路见下图1,其中电源电压是频率为50Hz、幅值为310V、初相角为0的正弦周期电压源,负载电阻为2Ω,负载电感为6.5mH。
Clock1与clock2的延时角始终相差半个周期,即10m秒。
图1单相桥式整流电路
触发角为0度时的仿真波形如下图2。
从上到下的波形分别为控制信号、输入单相电压、晶闸管VT1正向压降、输出电压波形、输出电流波形,这5种信息。
图2触发角a=0度的波形
分析:
(1)触发角为0度时,整流相当于对电压波的值取绝对值,即效果单相桥式二极管整流效果一致,如图中的Vout。
晶闸管承受反向电压,即输入电压的负半轴,如图中第三行的波形。
负载电流为非理想的正弦波,其相角滞后于电压相角,这正是由于负载为感性负载所致。
Clock1与clock2正好相差10m秒。
(2)四个晶闸管每次有两个开通,有两个关闭,同一半桥的晶闸管的开关状态是互补的,对角的两个晶闸管同时导通同时关闭。
触发角为30度时的仿真波形如下图3。
从上到下的波形分别为控制信号、输入单相电压、晶闸管VT1正向压降、输出电压波形、输出电流波形,这5种信息。
图3触发角为30度的波形
分析:
(1)触发角为30度时,整流整流出的波形有变化,并且有小于0的电压出现,如图中的Vout。
(2)晶闸管承受反向电压,仍为输入电压波形,如图中第三行的波形,在导通时的电压为0。
(3)负载电流为非理想的正弦波,其相角滞后于电压相角,但电流时钟大于0,并且连续,这正是由于负载为感性负载所致。
(4)出现输出电压为负值的原因是电感负载续流的作用,此时导通的晶闸管仍承受正向电压的作用,流过正向电流。
从上图的输出电压Vout和晶闸管VT1的正向压降可以看出在Vout为负值是,仍导通。
触发角为60度时的仿真波形如下图4。
从上到下的波形分别为控制信号、输入单相电压、晶闸管VT1正向压降、输出电压波形、输出电流波形,这5种信息。
图4触发角为60度的波形
分析:
(1)触发角为60度时,整流整流出的波形变得非常异常,有脉冲电压输出,并且有小于0的电压出现,如图中的Vout。
(2)晶闸管承受反向电压,不为输入电压波形,如图中第三行的波形,和输出电压的波形很有关系,出现在同一时刻出现过电压。
(3)仿真所得结果负载电流为脉动波,断续的,同时比较输出电压和输出电流可以发现在每一时刻时钟乘积为零,即没有功率输出。
(4)上述情况为非正常工作状态,可能是由于负载与晶闸管的不匹配,或仿真的解不真实。
2.第
(2)问的仿真与分析
将电感值修改为20mH,其他电路参数不变,同样可以得到上述不同触发角的波形。
触发角为0度时的仿真波形如下图5。
从上到下的波形分别为控制信号、输入单相电压、晶闸管VT1正向压降、输出电压波形、输出电流波形,这5种信息。
图5电感改为20mH,触发角为0度的波形
分析:
(1)电感的值增大到20mH时,可以看出输出的电压波形Vout比在电感为6.5mH时直流成分更好了,纹波减小了很多。
(2)电压波形和晶闸管承受反向电压基本无变化。
触发角为30度时的仿真波形如下图6。
从上到下的波形分别为控制信号、输入单相电压、晶闸管VT1正向压降、输出电压波形、输出电流波形,这5种信息。
图6电感改为20mH,触发角为30度的波形
分析:
(1)电感电感的值增大到20mH时,可以看出输出的电压波形Vout比在电感为6.5mH时直流成分更好了,纹波减小了很多。
(2)输出负载电流滞后与电压的角度更大了,其他波形并无变化。
触发角为60度时的仿真波形如下图7。
从上到下的波形分别为控制信号、输入单相电压、晶闸管VT1正向压降、输出电压波形、输出电流波形,这5种信息。
图7电感改为20mH,触发角为60度的波形
分析:
(1)电感的值增大到20mH时,可以看出输出的电压波形Vout比在电感为6.5mH时直流成分更好了,纹波减小了很多。
(2)输出电压比较正常,输出负载电流为连续的,这正是由于负载电感增大的作用。
综述:
负载电感对直流输出电压有较大的影响,比较大的电感会使得负载的电流纹波较小,而且会使负载电流的连续性好。
电感较小可能会出现负载断续的情况。
消除这种情况的措施是在在输出端反并联一个二极管,起到续流的作用,供给负载储能元件以回路。
3.第(3)问的仿真与分析
将输入相电压初相为10度,则当需要触发角为30度时,脉冲将为延迟(30-10)=20度,即10m/9。
需要修改的参数如下图,将clock1的延时改为10m/9,clock2的延时改为10m+10m/9。
即可仿真得到题目所需要。
仿真可以得到电压源初相为10度,触发角为30度时的波形,如下图8。
图8电压源初相10度,触发角为30度时的波形
为了能验证仿真结果的正确性,我们可以将其波形放大后观察,如下图9。
图9电压源初相10度,触发角为30度时局部放大的波形
可以看出在20m处,输入正弦电压没有与0轴相交,即确实是移相了,另外也可以从时钟信号clock1和clock2看出。
此外,我们可以把此结果与前面的30度触发角的情况做对比,即图8与图3做对比,可以看出。
所以仿真结果是正确的。
4.第(3)问直流100V反电动势负载后的情况
在电路原理图负载中串联一个100V反电动势,直流电压源,电阻为2欧,电感为6.5mH。
触发角为0度时的仿真波形如下图10。
从上到下的波形分别为控制信号、输入单相电压、晶闸管VT1正向压降、输出电压波形、输出电流波形,这5种信息。
图10触发角为0度,接反电动势负载时的波形
触发角为30度时的波形
图11触发角为30度,接反电动势负载时的波形
分析:
触发角为0度时,负载电流是连续的;触发角为30度时,负载电流是断续的。
输出的电流对输出电压有一定的相移。
做比较在负载为纯电阻负载与反电动势负载串联时的波形:
图12触发角为30度,接反电动势加纯电阻负载时的波形
上图用于比较验证带反电动势负载时的仿真的正确性,可以从上图看出,输出电压要大于100V,和理论的一样,能够反应此电路模型正确。
作业2任务:
(1)完成三相半波共阴极整流电路的设计,输入电压源为的幅值为310V,频率为50Hz,负载为阻感负载,电感值为50mH,电阻值为10Ω。
(2)仿真分析触发角为300、600时电路的特性和工作过程。
(3)将负载电感的值修改为5mH和1H,对触发角为600的工作过程作仿真分析,并分析负载电感对电路特性的影响。
实验二
1.第
(1)问电路设计即仿真
电压源为的幅值为310V,频率为50Hz.负载为阻感负载,电感值为50mH,电阻值为10Ω,三相电压的相位差为120度,利用Saber模版对clock的触发角进行调节。
电路图如下图
图13三相半波共阴极整流电路
2.第
(2)问电路特性即工作过程
触发角为0度时的仿真波形如下图14。
从上到下的波形分别为控制信号、输入三相电压、晶闸管VT1正向压降、输出电压波形、输出电流波形,这5种信息。
图14触发角为0度时的波形
触发角为30度时的仿真波形如下图15。
从上到下的波形分别为控制信号、输入三相电压、晶闸管VT1正向压降、输出电压波形、输出电流波形,这5种信息。
图15触发角为30度时的波形
分析:
触发角为30度时,输出电压波正处于临界连续状态,负载上的电流波动教触发角为0度时的要大,可以从图15与图14中比较的出。
其晶闸管的反向压降为线电压,最大反向电压为310*1.732=537V。
触发角为60度时的仿真波形如下图16。
从上到下的波形分别为控制信号、输入三相电压、晶闸管VT1正向压降、输出电压波形、输出电流波形,这5种信息。
图16触发角为60度时的波形
分析:
触发角为60度时,输出电压波形有负值,由于负载是感性负载,有储能元件,能够起到续流作用。
负载电流的纹波比30度触发角有所增大。
导通顺序分析:
从下图17可以看出,晶闸管的导通顺序为VT1->VT2->VT三个晶闸管依次轮流导通120度,其余时间晶闸管承受方向的线电压,在图中的导通标志是晶闸管承受的正向电压为0的线段。
图17三个晶闸管的导通顺序的波形反应
晶闸管承受的反向电压分析:
以晶闸管VT1为例,见下图18,此图为触发角为30度时的晶闸管两端的电压。
图18晶闸管VT1两端承受的电压波形
在VT1导通时近似承受0压降,在120度导通后,突然会有一个反向电压施加在VT1上,这个电压是由于VT2的导通使VT1关断,承受反向电压(v-u)。
此电压作用120度后,由于VT3的导通,使VT2关断,此时VT1承受的反向电压为(w-u),以导致在图中有电压突变的过程。
3.第(3)问修改负载电感后的影响
5mH的工作,见下图19。
图19修改电感为5mH时的工作波形
1H的工作,见下图20。
图20修改电感为1H时的工作波形
分析:
通过比较电感值为5mH,50mH,1H时的工作波形,可以看出
(1)5mH是输出电压波形是断续的,导致输出电流也是断续的。
而50mH和1H时为连续。
可以说明电感值越大,续流作用越好,导致输出电流的直流成分越好。
(2)可以工作输出电流的波形可以看出,电感值越小,动态响应越快,电感值越大,响应越缓慢,例如1H时达到稳态工作需要0.28秒,可从图20最后一项的电流波形看出。
(3)电感越大,输出电流的纹波越小,特别是1H时的波形反应了几乎成了直流。
(4)电感的值会影响晶闸管的导通,电感值太小,导通角完全可能小于180度,例如5mH的波形。
作业3任务要求:
(1)完成三相桥式半控整流电路的设计,负载为阻感负载,电阻为10Ω,电感为6.5mH,输入电源电压为310V,频率50Hz,选择Y型连接,中性点接地。
(2)分析触发角为300、600时三相桥式半控整流电路的工作过程,如果增加续流支路,再次分析触发角为300、600时三相半控整流电路的工作过程。
三相半控桥式电路的直流侧增加一个320V直流电源。
这时电路能否工作在逆变模式,如能,请作出相应的仿真波形,并说明电路工作在逆变状态;如不能,请说明原因。
(3)将三相半控电路改为全控桥式电路,交流侧的输入电源不变,直流侧的电阻、电感和电源保持不变。
这个电路是否能够工作在逆变状态,如能,请作出相应的仿真波形,并说明电路确实工作在逆变状态;如不能,请说明原因,并进行相应的修改后再完成逆变电路的仿真。
实验三
1.第
(1)
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