1、計算機仿真技術作業二題目：帶電容濾波的三相不控整流橋仿真姓名：班級：學號：計算機仿真技術作業二題目：帶電容濾波的三相不控整流橋仿真利用simpowersystems建立三相不控整流橋的仿真模型。輸入三相電壓源，線電壓380V，50Hz，內阻0.001歐姆。三相二極管整流橋可用“Universal Bridge”模塊，二極管采用默認參數。直流濾波電容3300F，負載為電阻。仿真時間0.3s。注：前三項只考慮穩態情況，第四項注重啟動過程。1、直流電壓與負載電阻的關系：分別仿真整流電路空載及負載電阻為10、1和0.1歐姆時的情況。記錄直流電壓波形，根據仿真結果求出直流電壓，并比較分析其與負載的關系。

2、 2、電流波形與負載的關系：分別仿真負載電阻為10、1.67和0.5時的情況。記錄直流電流和a相交流電流，并分析規律。3、平波電抗器的作用直流側加1mH電感。分別仿真輕載50歐姆和重載0.5歐姆時的情況，記錄直流和交流電流波形，并計算交流電流的THD。仿真同樣負載條件下，未加平波電抗器的情況，并加以比較分析。4、抑制充電電流的方法觀察前述仿真中，啟動時的直流電流大小，分析原因，提出解決方法并進行仿真驗證。注意事項：在使用simpowersystems模塊后必須使用PowerGUI1、直流電壓與負載電阻的關系：分別仿真整流電路空載及負載電阻為10、1和0.1歐姆時的情況。記錄直流電壓波形，根據仿

3、真結果求出直流電壓，并比較分析其與負載的關系。 按照下圖建立三相橋式不可控整流電路模型，在圖中我接入了2個示波器，scope和scope1， 其中scope測量交流側線電壓和直流電壓，scope1測量交流側電流和直流側電流，除此之外，我還用mean value模塊接入了display模塊，其中mean value用來計算平均值，display可以實時顯示輸出的數據，所以可以直觀的觀察到直流電壓的平均值。對仿真模式進行設置，系統默認的仿真算法為ode45,但使用ode45仿真過慢，經過嘗試，我將仿真算法改為ode23tb，使用變步長仿真，最大步長設置為1e-5，仿真時間為0.00.3s。此時能夠

4、較準確地進行波形顯示。具體仿真參數設置如下圖所示。線路空載時，阻值設為inf，代表阻值此時為無窮大。（1）、空載 （2）、電阻10歐姆 （3）、電阻1歐姆（4）、電阻0.1歐姆由以上波形可以得出直流電壓和負載電阻的關系，空載時負載電阻近似無窮大，直流電壓波形為直線，隨著負載增大，負載電阻減小，電壓的紋波增大，但是電壓的平均值減小。2、電流波形與負載的關系：分別仿真負載電阻為10、1.67和0.5時的情況。記錄直流電流和a相交流電流，并分析規律。由scope1觀察記錄a相交流電流和直流電流。（1）、電阻10歐姆電壓電流放大（2）、電阻1.67歐姆電壓電流放大（3）、電阻0.5歐姆電壓電流放大由以

5、上各波形（時間分度值相同）可知，隨著負載電阻減小，負載增大，直流電壓和a相交流電壓均增大，同時波形均變得更加平滑。負載電阻1.67時直流電流處于臨界，負載電阻0.5時直流電流連續，負載電阻10時直流電流斷續。由分析可知，RC=3為臨界條件，而c=3300f,所以R=3/(330010-6 23、平波電抗器的作用直流側加1mH電感。分別仿真輕載50歐姆和重載0.5歐姆時的情況，記錄直流和交流電流波形，并計算交流電流的THD。仿真同樣負載條件下，未加平波電抗器的情況，并加以比較分析。示波器兩幅曲線中上曲線為交流側電流，下曲線為直流側電流。1、未加電感50歐姆0.5歐姆2、加電感50歐姆0.5歐姆串

6、聯平波電抗器后波形展寬，更加平緩，波形得到很大的改善，可以清晰的觀察到直流波形和交流波形的CF（峰值因數）變小。THD（諧波總畸變率）也變小，而輕載比重載THD減小的更加明顯。4、抑制充電電流的方法觀察前述仿真中，啟動時的直流電流大小，分析原因，提出解決方法并進行仿真驗證。如圖所示為帶1mH平波電感，直流濾波電容3300F，輕載50時的交流側電流和直流側電流，上電瞬間達到913.5A,充電時間約為5ms，5ms后電容電壓達到最大值，而此時電流也將為0,此后電流穩定，最大不超過20A左右。下圖為交流電壓和電容濾波后的直流電壓波形圖開始時電流是一個很窄的脈沖電流，此電流經過整流二極管對電容充電，而

7、其它較長的時間里，只由電容向負載供電。方法一：如果將直流濾波電容改為2200F，再次仿真，可以看出啟動時充電電流減小至735A,充電時間減小至4ms。上電瞬間流過整流橋二極管的電流波形是個很高的脈沖,此電流的大小與電容的容量有關系, 和負載沒有關系,電容越大,脈沖越高.一旦這個很高的脈沖電流過后,其充電電流就不是很大了,此時如果負載保持不變,充電電流也基本恒定,如果負載突然變小,充電電流也會突然增加。電容越大、電容內阻越小、變壓器二極管內阻越小，脈沖寬度就越小，脈沖電流越大。方法二：為濾波電容設置初始值，相當于對電容進行預充電，可以看到充電電流明顯減小。濾波電容初始電壓300V濾波電容初始電壓

8、500V可見初始電壓越高，充電電流越小，抑制效果越好。方法三：在起動的瞬間，交流輸入電壓通過整流器對電容器進行充電。電容器的等效串聯阻抗很小，并且通常采用多個電容器并聯使用，使得其阻抗更小；因此起動沖擊電流很大。對輸入回路的斷路器和整流器也是一個很大的負荷，因此需要考慮設計電流抑制電路防止在起動時的電流沖擊。加入常開繼電器可有有效解決穩態的時候的功耗問題。起動時，由于起動電阻串接在輸入回路中，可把沖擊電流限制到我們所希望的范圍內。當電容器充有足夠的電壓、認為起動過程可以結束時，通過繼電器將限流電阻旁路（短接）。 如果我們將起動電流限制到負載電流的水平，啟動過程是比較安全的，不過由于電容較大，導

9、致對電阻的功耗要求非常高（同上面第二個考慮因素），因此采用常規電阻可能問題較大。 = 1 * GB3 、在交流側三相均串入理想開關將運行時間設為1s。可以看到在開始的充電過程中，由于開關緩沖電阻的存在，沖擊電流大大減小，然而在0.5s（階躍時間）仍會出現一個沖擊電流。此沖擊電流出現的原因是在00.5s時電路串入緩沖電阻，此電阻阻值較大，分壓相對較多，當0.5s時開關導通，電阻大大減小，電阻分壓減小，電源電壓降在電容上，電容上產生了較大的電壓差，ic理想開關參數設置 = 2 * GB3 、只將一個理想開關串入在直流側理想開關參數設置不變。 可見將理想開關串接在直流側效果更好。 = 3 * GB3 、更改理想開關參數，將通態阻抗加大為1歐姆可見此時的波形效果最好，但是實際生活中是不可以電阻長時間處于工作狀態而不切除電阻，因為電阻功率小，體積因而也小，電流長期流過電阻，將會使其燒毀。三、比較與分析在實際工作中可以選用負溫度系數的NTC的電阻進行調節。在起動過程剛開始時，電路有較強的抑流能力；隨著起動過程的進行，負溫度系數電阻的阻值下降，使電容器的充電電流又不至于太小，