计算机仿真作业3

北京交通大学电气工程学院

计算机仿真技术实验报告

一实验3三相桥式全控整流桥仿真

一、实验目的

1.通过改变仿真中触发角alpha大小，观察阻性负载情况下直流

侧电压、直流侧电流、晶闸管两端电压变化；

2.通过改变仿真中触发角alpha大小，观察阻感性负载情况下直

流侧电压、直流侧电流、晶闸管两端电压变化；

3.通过有添加续流二极管的电路仿真波形与未加续流二极管的电

路仿真波形进行对比，得到续流二极管对于电路波形的影响；

4.通过改变仿真中触发角alpha大小，观察带反电动势负载情况

下直流侧电压、直流侧电流变化；

5.通过交流侧添加电抗与未添加电抗的波形对比，记录直流电压、

交流电流和整流器出口的交流电压波形，得到交流侧电抗对波

形的影响。

二、实验内容

利用simpowersystems建立三相全控整流桥的仿真模型。输入三

相电压源，线电压380V,50Hz,内阻0.001欧姆。可用“Universal

Bridgev模块。

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1.带电阻负载的仿真。负载为电阻1欧姆。仿真时间0.2s。改

变触发角alpha,观察并记录alpha=3090120度时Ud、U.、Id

的波形。并画出电路的移相特性Ud=f(aIpha);

2.带阻感负载的仿真。R=1欧姆，L=10mH,仿真时间0.2s。不

接续流二极管。改变触发角alpha,观察并记录alpha=306090度

时Ud,U“i,Id的波形。并画出电路的移相特性Ud=f(aIpha);

当触发角为30度时，从第六个周期开始移去A相上管的触发脉

冲，观察并记录移去触发脉冲后Ud.Uvt,Id的波形。并分析故障现象；

3.带阻感负载的仿真R=1欧姆,L=10mH。仿真时间0.2s。接续流

二极管。改变触发角alpha,观察并记录alpha=306090度时

Ud,Uvt,Id的波形。并画出电路的移相特性Ud=f(aIpha);

4.带反电动势负载。将负载改为直流电源E=40V,R=2欧姆。接

平波电抗器Ld=10mH,观察并记录不同alpha时输出电压Ud和Id的

波形；

5.交流侧电抗的影响。直流侧为电阻负载，1欧姆。交流侧串

联0.1mH电感，观察记录直流电压、交流电流和整流器出口的交流电

压波形，计算直流电压降落值。

三、实验步骤

由于电力电子系统为刚性系统，所以进行如下设置：

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*karanwtvrvtnrw/x.onf*gurM>on

S・1E：_________________SxaulationtiM

SolverStarttia«:0.0|Stoptiaa:0.2

Datalapon/lxport

Optiaisttion

Solvtioption

Diacnottic*

Haxdvaxelapleaentd..Type：■—|Solver:[oda21tb(»tiff/TR-BE>F2)

HodelRef«r«ncinf

SiaulationT*rg«tlaxstep«ise:1e-4Relativetolerance:l«-3

-CodeGeneration

Ixnstepffize:autoAbsolutetolerance:auto

HDLCodeGeneration

Initial*t«ptit*:autoAll

-SuJItchanic*K

Sialechaxucs2GSolvarr»s«tMthod:,5▼

>Kab«rofcwutcxrt'v*am1

SolverJaeobitnaathodi|auto

Ta*kin<and$・pl・tiMoptionf

T*skut(aod*forp<riodicxaaplatiAtf:Au，o

Autoasticallyhandlerotetransitionfordatatransfer

Higherpriorityvalueindicateshighertarkpriority

Zero-croMinfoptions

Zero~crostin<control:Ux«local：Alcontha:

T1Mtolerance:l0»128»«p«Slcnalthreshold:，「"

Nunb«rofcont«cvtserocrM«in(g：1000

[0«]C«nc«l^):H•2

1.带电阻负载的仿真:

根据实验要求搭建原理图如下:

2.带阻感负载的仿真：

根据实验要求搭建原理图如下:

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3.带阻感负载，接续流二极管:

根据实验要求搭建原理图如下：

4.带反电动势负载：

根据实验要求搭建原理图如下:

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h—I

•S

5.交流侧添加电抗:

根据实验要求搭建原理图如下:

四、实验截图及分析

1.带电阻负载的仿真：

①alpha=30:

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直流侧电压Ud波形:

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晶闸管两端电压U,波形:

D

，♦白U-、

②alpha=90:

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直流侧电压Ud波形:

直流侧电流Id波形:

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晶闸管两端电压U,波形:

③alpha=120:

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直流侧电压Ud波形:

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晶闸管两端电压U,波形:

④改变触发角alpha,得到如下数据:

触发角UD

0496.3

10512.4

20510

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30496.8

40480.9

50470.3

60419.2

70229.4

80133.8

9075.58

1000.004481

1100.003367

1200.001848

可以得下图:

Ud-alpha

Ud

600

500・■*

400

\—系列1

300

「一系列2

200

100

011■11111111.1.

0102030405060708090100110120alpha

实验结果分析：

由仿真波形得知，当触发角小于等于90°时，由于是纯电阻性负载，

所以Ud波形均为正值，直流电流Id与Ud成正比，并且电阻为1欧

姆，所以直流电流波形和直流电压波形一样。随着触发角增大，在电

压反向后管子即关断，所以晶闸管的正向导通时间减少，对应着输出

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平均电压逐渐减小，并且当触发角大于60°后Ud波形出现断续。而

随着触发角的持续增大，输出电压急剧减小，最后在120°时几乎趋

近于0。对于晶闸管来说，在整流工作状态下其所承受的为反向阻断

电压。移相范围为0~120。

2.带阻感负载的仿真:

①alpha=30:

直流侧电压Ud波形:

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直流侧电流Id波形:

晶闸管两端电压U,波形:

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Ml

②aIpha=60:

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晶闸管两端电压U,波形:

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③alpha=90:

.*«•**.

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直流侧电流Id波形:

晶闸管两端电压U,波形:

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Rs<GUTA

④当触发角为30度时，从第六个周期开始移去A相上管的触发脉冲:

A相上管触发脉冲为：

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直流侧电压Ud波形:

直流侧电流Id波形:

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晶闸管两端电压U,波形:

⑤对④中的故障分析：

当移去A相上管的触发脉冲后，A相上管在第六个周期开始不能正常

的导通，这就使得C相上管所加电压仍为正向电压而无法正常的关

断，持续导通一段时间后，B相电压变为正，C相上管立即关断，随

后B相触发脉冲到来，B相正常触发导通，再后来C相正常触发导通。

对于T1管来说，由于不能正常的导通，所以，其输出电压在当应该

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为交替的相电压，而不会出现导通时那样持续一段时间为0。对于输

出直流电流来说，由于有一相不能正常的输出，所以会使其平均值减

小，并且出现较大的波动。

⑥改变触发角alpha,得到如下数据:

触发角UD

0496.9

10513.2

20510.3

30496.1

40479.9

50469.7

60417.8

70300.6

80191.8

90103.5

10043.43

11014.03

由上表可得:

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Ud-alpha

实验结果分析：

对于阻感性的负载，当触发角小于60°时，整流输出电压波形与纯

阻性负载时基本相同，所不同的是，阻感性负载直流侧电流由于有电

感的滤波作用而不会发生急剧的变化，输出波形较为平稳。而当触发

角大于等于60°小于90°时，由于电感的作用，延长了管子的导通

时间，使Ud波形出现负值，而不会出现断续，所以直流侧输出电压

会减小，但是由于正面积仍然大于负面积，这时直流平均电压仍为正

值。当触发角大于90°时，由于id太小，晶闸管无法再导通，输出

几乎为0。工作在整流状态，晶闸管所承受的电压主要为反向阻断电

压。移相范围为0~90。

3.带阻感负载，接续流二极管:

①alpha=30:

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直流侧电压Ud波形:

直流侧电流Id波形:

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晶闸管两端电压U,波形:

②aIpha=60:

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直流侧电压Ud波形:

直流侧电流Id波形:

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於♦■A

晶闸管两端电压Uvtl波形:

③alpha=90:

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直流侧电压Ud波形:

直流侧电流Id波形:

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o■\

晶闸管两端电压U,波形:

④改变触发角alpha,得到如下数据:

触发角UD

0510

10503.4

20480.5

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30442.9

40391.8

50328.8

60255.8

70182.8

80119.6

9068.25

1000.003175

1100.00208

1200.001191

由上表可得:

实验结果分析：

由于是阻感性负载，所以电感能够使电流输出平稳；在没有续流二极

管的情况下，晶闸管的导通时间得到延长，而当加入续流二极管后，

电流通过二极管续流，二极管续流功率损耗较小，这时输出电流相对

来说就较不加续流二极管时要小，而输出电压相对来说却要大些。

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4.带反电动势负载:

①alpha=30:

修。回,亘.A

直流侧电流Id波形:

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②aIpha=60:

直流侧电压Ud波形:

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直流侧电流Id波形:

③alpha=70：

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直流侧电压Ud波形:

直流侧电流Id波形:

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■X

陆«直回kFlifO•A

④aIpha=80:

直流侧电压Ud波形:

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直流侧电流Id波形:

⑤alpha=83:

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直流侧电压Ud波形:

直流侧电流Id波形:

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⑥aIpha=86:

直流侧电压Ud波形:

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囿4K。豆£百；弋

直流侧电流Id波形:

⑦alpha=89:

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直流侧电压Ud波形:

直