電力電子技術(shù)及應(yīng)用 課件 第9章 單相整流電路虛擬仿真

9.1單相半波整流電路虛擬仿真

9.2單相橋式整流電路虛擬仿真

9.3單相全波整流電路虛擬仿真

9.4單相橋式半控整流電路虛擬仿真9.1單相半波整流電路虛擬仿真9.1.1單相半波不可控整流電路虛擬仿真單相半波不可控整流電路仿真過程如下：(1)啟動Simulink仿真界面，單擊仿真界面菜單欄中的“SimulinkLibraryBrowser”按鍵，便可打開“SimulinkLibraryBrowser”仿真模型庫。(2)在“SimulinkLibraryBrowser”仿真模型庫中搜尋單相交流電壓源、電阻負(fù)載、二極管、電壓測量儀、示波器、電力系統(tǒng)仿真等幾個模塊，直接在仿真模型庫左上角的搜索欄輸入與之對應(yīng)的英文名稱進行搜索即可，元件對應(yīng)的英文名稱分別為ACVoltageSource、SeriesRLCBranch、Diode、VoltageMeasurement、Scope、Powergui。將這些元件從“SimulinkLibraryBrowser”仿真模型庫界面拖動至Simulink仿真界面。(3)上述元件放置完成后，雙擊Simulink仿真界面中的SeriesRLCBranch模塊，將負(fù)載調(diào)整為僅有電阻負(fù)載R。由于要測量輸入側(cè)的單相交流電壓u2、二極管兩端電壓uVD、電阻負(fù)載兩端電壓ud，所以放置了3個電壓測量儀，需將示波器的輸入端口數(shù)量改為3。連線搭建仿真模型，在搭建過程中，需調(diào)整元件模塊方向，可選中所需調(diào)整的元件，右擊后在彈出的選項欄中選擇“Rotate&Flip”，然后根據(jù)元件調(diào)整需要選擇順時針旋轉(zhuǎn)(Clockwise)、逆時針旋轉(zhuǎn)(Counterclockwise)、左右鏡像(Left-Right)或上下鏡像(Up-Down)，如圖9.1所示。最終連線搭建完成的電路模型如圖9.2所示。(4)單相半波不可控整流電路仿真模塊結(jié)構(gòu)搭建完成后，調(diào)整相關(guān)元器件參數(shù)。本次仿真需要調(diào)整單相交流電壓源(ACVoltageSource)、電阻負(fù)載(SeriesRLCBranch)這兩個元件模塊的參數(shù)。將單相交流電壓源(ACVoltageSource)中的峰值電壓參數(shù)(Peakamplitude)調(diào)整為200?V，頻率參數(shù)(Frequency)改為50?Hz；電阻負(fù)載R的阻值調(diào)整為10?Ω，如圖9.3所示。觀測一個周期的波形，當(dāng)頻率為50?Hz時，一個周期時間換算為1/50，即0.02?s，將Simulink仿真界面菜單欄中的仿真時間調(diào)整為0.02?s，如圖9.2中框出所示。(5)點擊Simulink仿真界面菜單欄中的運行按鍵后，雙擊示波器，可得輸入側(cè)的單相交流電壓u2、電阻負(fù)載兩端電壓ud、二極管兩端電壓uVD的波形，如圖9.4所示，驗證了理論分析部分所得的波形。9.1.2單相半波可控整流電路(帶電阻負(fù)載)虛擬仿真單相半波可控整流電路(帶電阻負(fù)載)仿真過程如下：(1)啟動Simulink仿真界面，單擊仿真界面菜單欄中的“SimulinkLibraryBrowser”按鍵，打開“SimulinkLibraryBrowser”仿真模型庫。(2)在“SimulinkLibraryBrowser”仿真模型庫中搜尋單相交流電壓源、電阻負(fù)載、晶閘管、脈沖觸發(fā)器、電壓測量儀、示波器、電力系統(tǒng)仿真等幾個模塊，在仿真模型庫左上角的搜索欄輸入與之對應(yīng)的英文名稱進行搜索，元件對應(yīng)的英文名稱分別為ACVoltageSource、SeriesRLCBranch、Thyristor、PulseGenerator、VoltageMeasurement、Scope、Powergui。將這些元件從“SimulinkLibraryBrowser”仿真模型庫界面拖動至Simulink仿真界面。(3)上述元件放置完成后，雙擊Simulink仿真界面中的SeriesRLCBranch模塊，將負(fù)載調(diào)整為僅有電阻負(fù)載R。為了測量輸入側(cè)的單相交流電壓u2、晶閘管兩端電壓uVT和電阻負(fù)載兩端電壓ud，所以放置了3個電壓測量儀，需將示波器的輸入端口數(shù)量改為3。連線搭建仿真模型，在搭建過程中，調(diào)整相關(guān)元件模塊方向，最終連線搭建完成的電路模型如圖9.5所示。(4)單相半波可控整流電路(帶電阻負(fù)載)仿真模塊結(jié)構(gòu)搭建完成后，調(diào)整相關(guān)元器件參數(shù)。本次仿真需要調(diào)整單相交流電壓源(ACVoltageSource)、電阻負(fù)載(SeriesRLCBranch)、脈沖觸發(fā)器(PulseGenerator)三個元件模塊的參數(shù)。將單相交流電壓源(ACVoltageSource)中的峰值電壓參數(shù)(Peakamplitude)調(diào)整為200?V，頻率參數(shù)(Frequency)改為50?Hz。觀測一個周期的波形，頻率為50?Hz時，一個周期時間為0.02?s，將Simulink仿真界面菜單欄中的仿真時間調(diào)整為0.02?s。電阻負(fù)載R的阻值調(diào)整為10?Ω。脈沖觸發(fā)器(PulseGenerator)中的脈沖幅值參數(shù)(Amplitude)改為5?V，脈沖周期(Period)改為0.02?s，脈沖寬度(PulseWidth)占據(jù)一個脈沖周期的參數(shù)改為5%，Phasedelay參數(shù)指的是在何處施加晶閘管的門極觸發(fā)脈沖，本次仿真控制角α?=?90°，但仿真界面中Phasedelay的單位為秒，所以需要換算才可將角度參數(shù)轉(zhuǎn)換為秒?yún)?shù)，換算方式為：在以角度為單位時，一個周期為360°，在相位上90°的時候施加晶閘管門極觸發(fā)脈沖，而在以秒為單位時，一個周期為0.02?s，因此在0.005?s的時候施加晶閘管門極觸發(fā)脈沖，將Phasedelay參數(shù)改為0.005?s即可，如圖9.6所示。(5)點擊Simulink仿真界面菜單欄中的運行按鍵后，雙擊示波器，可得輸入側(cè)的單相交流電壓u2、電阻負(fù)載兩端電壓ud、晶閘管兩端電壓uVT的波形，如圖9.7所示，驗證了理論分析部分所得的波形。9.1.3單相半波可控整流電路(帶電阻電感負(fù)載)虛擬仿真單相半波可控整流電路(帶電阻電感負(fù)載)仿真過程如下：(1)啟動Simulink仿真界面，單擊仿真界面菜單欄中的“SimulinkLibraryBrowser”按鍵，打開“SimulinkLibraryBrowser”仿真模型庫。(2)在“SimulinkLibraryBrowser”仿真模型庫中搜尋單相交流電壓源、電阻電感負(fù)載、晶閘管、脈沖觸發(fā)器、電壓測量儀、示波器、電力系統(tǒng)仿真等幾個模塊，在仿真模型庫左上角的搜索欄輸入與之對應(yīng)的英文名稱進行搜索，元件對應(yīng)的英文名稱分別為ACVoltageSource、SeriesRLCBranch、Thyristor、PulseGenerator、VoltageMeasurement、Scope、powergui。將這些元件從“SimulinkLibraryBrowser”仿真模型庫界面拖動至Simulink仿真界面。(3)上述元件放置完成后，雙擊Simulink仿真界面中的SeriesRLCBranch模塊，將負(fù)載調(diào)整為電阻電感負(fù)載RL，同時將示波器的輸入端口數(shù)量改為3，方便觀測元件的電壓。連線搭建仿真模型，在搭建過程中，調(diào)整相關(guān)元件模塊方向，最終連線搭建完成的電路模型如圖9.8所示。(4)單相半波可控整流電路(帶電阻電感負(fù)載)仿真模塊結(jié)構(gòu)搭建完成后，調(diào)整相關(guān)元器件參數(shù)。本次仿真元件參數(shù)與9.1.2節(jié)中單相半波可控整流電路(帶電阻負(fù)載)仿真參數(shù)基本一致，唯一的區(qū)別是在本次帶電阻電感負(fù)載電路的仿真中，電感的參數(shù)取值調(diào)整為0.02?H。(5)點擊Simulink仿真界面菜單欄中的運行按鍵后，雙擊示波器，可得輸入側(cè)的單相交流電壓u2、電阻電感負(fù)載兩端電壓ud、晶閘管兩端電壓uVT的波形，如圖9.9所示，超過180°后由于電感續(xù)流，所以晶閘管仍舊導(dǎo)通，驗證了理論分析部分所得的波形。9.2單相橋式整流電路虛擬仿真9.2.1單相橋式不可控整流電路虛擬仿真單相橋式不可控整流電路仿真過程如下：(1)啟動Simulink仿真界面，同時打開“SimulinkLibraryBrowser”仿真模型庫。(2)在“SimulinkLibraryBrowser”仿真模型庫中搜尋單相交流電壓源、電阻負(fù)載、二極管(4個)、電壓測量儀(2個)、示波器(將輸入端口改為2個)、電力系統(tǒng)仿真等幾個模塊，將這些元件從“SimulinkLibraryBrowser”仿真模型庫界面拖動至Simulink仿真界面并連線，最終搭建完成的電路模型如圖9.10所示。(3)單相橋式不可控整流電路仿真模塊結(jié)構(gòu)搭建完成后，調(diào)整相關(guān)元器件參數(shù)。將單相交流電壓源(ACVoltageSource)中的峰值電壓參數(shù)(Peakamplitude)調(diào)整為200?V，頻率參數(shù)(Frequency)改為50?Hz；Simulink仿真界面菜單欄中的仿真時間調(diào)整為0.02?s；電阻負(fù)載R的阻值調(diào)整為20?Ω。(4)點擊Simulink仿真界面菜單欄中的運行按鍵后，雙擊示波器，可得輸入側(cè)的單相交流電壓u2、電阻負(fù)載兩端電壓ud波形，如圖9.11所示，驗證了理論分析部分所得的波形。9.2.2單相橋式全控整流電路(帶電阻負(fù)載)虛擬仿真單相橋式全控整流電路(帶電阻負(fù)載)仿真過程如下：(1)啟動Simulink仿真界面，同時打開“SimulinkLibraryBrowser”仿真模型庫。(2)在“SimulinkLibraryBrowser”仿真模型庫中搜尋單相交流電壓源、電阻負(fù)載、晶閘管(4個)、脈沖觸發(fā)器(4個)、電壓測量儀(2個)、示波器(接入端口數(shù)量調(diào)整為2個)、電力系統(tǒng)仿真等幾個模塊，將這些元件從“SimulinkLibraryBrowser”仿真模型庫界面拖動至Simulink仿真界面并連線，最終搭建完成的電路模型如圖9.12所示。(3)單相橋式全控整流電路(帶電阻負(fù)載)仿真模塊結(jié)構(gòu)搭建完成后，調(diào)整相關(guān)元器件參數(shù)。將單相交流電壓源(ACVoltageSource)中的峰值電壓參數(shù)(Peakamplitude)調(diào)整為100?V，頻率參數(shù)(Frequency)改為50?Hz；觀測一個周期的波形，將仿真時間調(diào)整為0.02?s；電阻負(fù)載R的阻值調(diào)整為1?Ω。4個脈沖觸發(fā)器(PulseGenerator)中的脈沖幅值參數(shù)(Amplitude)均改為10?V，脈沖周期(Period)改為0.02?s，脈沖寬度(PulseWidth)占據(jù)一個脈沖周期的參數(shù)改為5%，而4個晶閘管的Phasedelay參數(shù)則需要進行計算。本次仿真控制角α?=?90°，在90°的時刻，晶閘管VT1、VT4的門極觸發(fā)脈沖到來，在270°的時刻，晶閘管VT2、VT3的門極觸發(fā)脈沖到來，將角度單位(一個周期360°)的門極觸發(fā)脈沖參數(shù)換算到時間單位(一個周期0.02?s)可得，VT1、VT4的門極觸發(fā)脈沖在0.005?s的時刻施加，VT2、VT3的門極觸發(fā)脈沖在0.015?s的時刻施加。仿真界面中，需要將VT1、VT4的脈沖觸發(fā)器(PulseGenerator1、PulseGenerator4)的Phasedelay參數(shù)調(diào)整為0.005?s，將VT2、VT3的脈沖觸發(fā)器(PulseGenerator2、PulseGenerator3)的Phasedelay參數(shù)調(diào)整為0.015?s。(4)點擊Simulink仿真界面菜單欄中的運行按鍵后，雙擊示波器，可得輸入側(cè)的單相交流電壓u2、電阻負(fù)載兩端電壓ud波形，如圖9.13所示，驗證了理論分析部分所得的波形。9.2.3單相橋式全控整流電路(帶電阻電感負(fù)載)虛擬仿真單相橋式全控整流電路(帶電阻電感負(fù)載)仿真過程如下：(1)啟動Simulink仿真界面，打開“SimulinkLibraryBrowser”仿真模型庫。(2)在“SimulinkLibraryBrowser”仿真模型庫中搜尋單相交流電壓源、電阻電感負(fù)載、晶閘管(4個)、脈沖觸發(fā)器(4個)、電壓測量儀(2個)、示波器(接入端口數(shù)量改為2)、電力系統(tǒng)仿真等幾個模塊，將這些元件從“SimulinkLibraryBrowser”仿真模型庫界面拖動至Simulink仿真界面。連線搭建仿真模型，在搭建過程中，調(diào)整相關(guān)元件模塊方向，最終連線搭建完成的電路模型如圖9.14所示。(3)單相橋式全控整流電路(帶電阻電感負(fù)載)仿真模塊結(jié)構(gòu)搭建完成后，調(diào)整相關(guān)元器件參數(shù)。本次仿真元件參數(shù)與單相橋式全控整流電路(帶電阻負(fù)載)仿真參數(shù)基本一致，區(qū)別是在本次帶電阻電感負(fù)載電路的仿真中，電感的參數(shù)取值調(diào)整為0.5?H。同時由于帶電阻電感負(fù)載電流會續(xù)流，僅僅觀察一個周期無法得到所有的波形，所以本次仿真觀察兩個周期，將Simulink仿真界面菜單欄中的仿真運行時間調(diào)整為0.04?s。(4)點擊Simulink仿真界面菜單欄中的運行按鍵后，雙擊示波器，可得輸入側(cè)的單相交流電壓u2、電阻電感負(fù)載兩端電壓ud波形，如圖9.15所示，超過180°后由于電感續(xù)流，所以晶閘管VT1和VT4仍舊導(dǎo)通，直至晶閘管VT2、VT3的門極觸發(fā)脈沖到來才停止導(dǎo)通，驗證了理論分析部分所得的波形。9.3單相全波整流電路虛擬仿真9.3.1單相全波不可控整流電路虛擬仿真單相全波不可控整流電路仿真過程如下：(1)啟動Simulink仿真界面，打開“SimulinkLibraryBrowser”仿真模型庫。(2)在“SimulinkLibraryBrowser”仿真模型庫中搜尋單相交流電壓源、變壓器(LinearTransformer)、電阻負(fù)載、二極管(2個)、電壓測量儀(2個)、示波器(接入端口數(shù)量調(diào)整為2個)、電力系統(tǒng)仿真等幾個模塊，將這些元件從“SimulinkLibraryBrowser”仿真模型庫界面拖動至Simulink仿真界面并連線，最終搭建完成的電路模型如圖9.16所示。(3)單相全波不可控整流電路仿真模塊搭建完成后，調(diào)整相應(yīng)模塊的參數(shù)，如圖9.17所示。(4)點擊Simulink仿真界面菜單欄中的運行按鍵后，雙擊示波器，可得輸入側(cè)的單相交流電壓u2、電阻負(fù)載兩端電壓ud波形，如圖9.18所示，驗證了理論分析部分所得的波形。9.3.2單相全波可控整流電路(帶電阻負(fù)載)虛擬仿真單相全波可控整流電路(帶電阻負(fù)載)仿真過程如下：(1)啟動Simulink仿真界面，打開“SimulinkLibraryBrowser”仿真模型庫，搜索以下元件并拖動至Simulink仿真界面：單相交流電壓源、變壓器、電阻負(fù)載、晶閘管(2個)、脈沖觸發(fā)器(2個)、電壓測量儀(2個)、示波器(接入端口數(shù)量調(diào)整為2個)、電力系統(tǒng)仿真。元件放置完成后，連線搭建仿真模型，最終連線搭建完成的電路模型如圖9.19所示。(2)單相全波可控整流電路(帶電阻負(fù)載)仿真模塊搭建完成后，調(diào)整相應(yīng)模塊的參數(shù)。單相交流電壓源、Simulink仿真界面的仿真時間、電阻負(fù)載、變壓器參數(shù)與單相全波不可控整流電路中的參數(shù)設(shè)置一致。唯一的區(qū)別是需要調(diào)整2個晶閘管脈沖觸發(fā)器的參數(shù)，將2個脈沖觸發(fā)器中的脈沖幅值參數(shù)(Amplitude)均調(diào)整為10，脈沖周期(Period)均調(diào)整為0.02，脈沖寬度(PulseWidth)均調(diào)整為5%，兩者的脈沖施加相位(Phasedelay)參數(shù)則存在一定區(qū)別，需要進行計算。當(dāng)控制角α取90°時，VT1的門極觸發(fā)脈沖施加在相位90°的地方，將角度參數(shù)(一個周期360°，在90°施加門極觸發(fā)脈沖)換算為時間參數(shù)(一個周期為0.02?s)，可得VT1晶閘管的門極觸發(fā)脈沖器的Phasedelay參數(shù)應(yīng)為0.005?s；VT2的門極觸發(fā)脈沖施加在相位270°的地方，將角度參數(shù)(一個周期360°，在270°施加門極觸發(fā)脈沖)換算為時間參數(shù)(一個周期為0.02?s)，可得VT2晶閘管的門極觸發(fā)脈沖器Phasedelay參數(shù)應(yīng)為0.015?s。(3)點擊Simulink仿真界面菜單欄中的運行按鍵后，雙擊示波器，可得輸入側(cè)的單相交流電壓u2、電阻負(fù)載兩端電壓ud波形，如圖9.20所示，驗證了理論分析部分所得的波形。9.3.3單相全波可控整流電路(帶電阻電感負(fù)載)虛擬仿真單相全波可控整流電路(帶電阻電感負(fù)載)仿真過程如下：(1)啟動Simulink仿真界面，打開“SimulinkLibraryBrowser”仿真模型庫，搜索以下元件并拖動至Simulink仿真界面：單相交流電壓源、變壓器、電阻電感負(fù)載、晶閘管(2個)、脈沖觸發(fā)器(2個)、電壓測量儀(2個)、示波器(接入端口數(shù)量調(diào)整為2個)、電力系統(tǒng)仿真等幾個模塊。元件放置完成后，連線搭建電路，最終連線搭建完成的電路模型如圖9.21所示。(2)單相全波可控整流電路(帶電阻電感負(fù)載)仿真模塊搭建完成后，調(diào)整相應(yīng)模塊的參數(shù)，本次仿真元件參數(shù)與單相全波可控整流電路(帶電阻負(fù)載)中的參數(shù)設(shè)置基本一致。區(qū)別是負(fù)載中電感的參數(shù)調(diào)整為2?H；Simulink界面中仿真運行時間調(diào)整為0.04?s，因為帶電阻電感負(fù)載時，僅僅觀測一個周期無法得出電路穩(wěn)定工作的波形，因此這里觀測兩個周期。(3)點擊Simulink仿真界面菜單欄中的運行按鍵后，雙擊示波器，可得輸入側(cè)的單相交流電壓u2、電阻電感負(fù)載兩端電壓ud波形，如圖9.22所示，驗證了理論分析部分所得的波形。9.4單相橋式半控整流電路虛擬仿真9.4.1單相橋式半控整流電路(帶電阻負(fù)載)虛擬仿真單相橋式半控整流電路(帶電阻負(fù)載)仿真過程如下：(1)啟動Simulink仿真界面，單擊仿真界面菜單欄中的“SimulinkLibraryBrowser”按鍵，打開“SimulinkLibraryBrowser”仿真模型庫。(2)在“SimulinkLibraryBrowser”仿真模型庫中搜尋單相交流電壓源、電阻負(fù)載、晶閘管(2個)、二極管(2個)、脈沖觸發(fā)器(2個)、電壓測量儀、示波器、電力系統(tǒng)仿真等幾個模塊，將這些元件從“SimulinkLibraryBrowser”仿真模型庫界面拖動至Simulink仿真界面。元件放置完成后，連線搭建模型，最終連線搭建完成的電路模型如圖9.23所示。(3)單相橋式半控整流電路(帶電阻負(fù)載)仿真模塊結(jié)構(gòu)搭建完成后，調(diào)整相關(guān)元器件參數(shù)。將單相交流電壓源(ACVoltageSource)中的峰值電壓參數(shù)(Peakamplitude)調(diào)整為100?V，頻率參數(shù)(Frequency)改為50?Hz；觀測一個周期的波形，將仿真時間調(diào)整為0.02?s；電阻負(fù)載R的阻值調(diào)整為1?Ω。2個脈沖觸發(fā)器(PulseGenerator)中的脈沖幅值參數(shù)(Amplitude)均改為10?V，脈沖周期(Period)改為0.02?s，脈沖寬度(PulseWidth)占據(jù)一個脈沖周期的參數(shù)改為5%，而2個晶閘管的Phasedelay參數(shù)則需要進行計算，本次仿真控制角α?=?60°，在60°的時刻，晶閘管VT1的門極觸發(fā)脈沖到來，在240°的時刻，晶閘管VT3的門極觸發(fā)脈沖到來，將角度單位(一個周期360°)的門極觸發(fā)脈沖參數(shù)換算到時間單位(一個周期0.02?s)可得，VT1的門極觸發(fā)脈沖在1/300?s處施加、VT3的門極觸發(fā)脈沖在1/75?s處施加，將VT1、VT3的脈沖觸發(fā)器(PulseGenerator1、PulseGenerator3)中的Phasedelay參數(shù)分別調(diào)整為1/300?s、1/75?s。(4)點擊Simulink仿真界面菜單欄中的運行按鍵后，雙擊示波器，可得電阻負(fù)載兩端電壓ud波形，如圖9.24所示，驗證了理論分析部分所得的波形。9.4.2單相橋式半控整流電路(帶電阻電感負(fù)載)虛擬仿真單相橋式半控整流電路(帶電阻電感負(fù)載)仿真過程如下：(1)啟動Simulink仿真界面，單擊仿真界面菜單欄中的“SimulinkLibraryBrowser”按鍵，打開“SimulinkLibraryBrow