计算机仿真技术大作业 12脉波整流电路仿真

晶闸管整流桥：选用默认参数，使数据较为接近实际，便于测量结果与理想情况进行比较，参数设置如下：
电阻电感：两组整流桥输出正端各接5mH电感后并联，L1=5mH，L2=5mH；负载为阻感性负载，电阻R＝1欧姆，电感L＝50mH，参数设置如下（以L1和R为例）：
触发电路的基本参数设置：
该电路中最主要的模块为Synchronized12-Pulse Generator模块，根据接入的A、B、C相电压的相位产生12脉冲，同时可以通过外接Constant模块来调节触发角α，达到控制整流桥输出电压的目的，参数设置如下：
仿真结果测量及显示电路的基本参数设置：
由于各运行模式与所需测量的参量不同，故此电路的基本拓扑与参数设置将在各个不同模块中介绍。
二、12脉波整流电路开环仿真
【实验要求与操作】
该实验的电路图由图2进行改进，加入合适的仿真结果测量及显示电路：
图3
仿真结果测量及显示电路的基本参数设置：
如图3所示，使用Current Measurement模块可以测量三相电网中的电流、一个整流桥的三相电流，并通过示波器Scope模块记录数据，方便于之后的FFT分析。测量整流桥A相下桥臂晶闸管触发脉冲，需使用Demux模块将各个晶闸管的触发信号分离，其中第四个触发信号就是整流桥A相下桥臂晶闸管触发脉冲信号。
3.Powergui模块的使用。对于这个模块，我觉得仍需要更为仔细地去研究其功能。在进行第二个仿真问题时，FFT Analysis功能由于我的不熟练操作，一直报错。在仔细研究后发现，调节示波器的Sample time，该功能便能正常工作了。
4.闭环控制方法的理解与使用。在进行第三个仿真问题时，由于自身对于自动控制原理概念的模糊不清，导致长时间不知如何搭建闭环模型，不知如何调整参数。所以在通过示波器观察整个电路的输入输出、整流、触发等各处波形后，逐渐知道该如何调整PI调节器，最后才完整做完该实验。
调节后输入触发角：
仿真结果：
输出电流大小仍为361.4A，即相当于触发角失去作用，为不控整流。波形如下：
如上图可知调整参数后没有效果，所以观察此时的两个整流桥的A相上桥臂晶闸管触发脉冲，并与理想情况下的脉冲波形比较：
理想情况下的脉冲波形：
此次仿真情况下的脉冲波形：
由上面两图形的对比我们可以发现：原本应该滞后30°的角型连接绕组所接整流桥的A相上桥臂晶闸管触发脉冲，变为超前30°，导致触发失败，使得第二个整流桥没有起到可控整流的作用。
12脉波整流电路仿真
——计算机仿真技术大作业
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指导老师：
三相桥式全控整流电路是应用广泛的整流电路，完整的三相桥式全控整流电路由整流变压器、晶闸管整流桥、负载、脉冲触发器和同步环节等组成。传统的6脉波全控整流电路交流侧存在较大的谐波电流。为了获得较好的谐波特性，可以采用多脉波整流电路，如下图中所示的典型12脉波全桥整流电路。
以图1为基础模型，利用simpowersystems建立的仿真模型如下：
图2
图2所示电路为主电路、触发电路、同步电路。同步电路、触发脉冲电路、仿真结果测量及显示电路等电路随运行模式和测量参量不同而有所改动，故此处为基本的电路。
主电路的基本参数设置：
三相电源：A、B、C为三相电源，同为10kV，工频50Hz，各相相差120度，以A相电源为例：选用AC Voltage Source模块，参数设置如下：
图1
电路基本参数：三相电网电压10kV；整流变压器变比10kV/380V 50Hz，副边两个绕组的相位相差30度；两组整流桥输出正端各接5mH电感后并联；负载为阻感性负载，电阻R＝1欧姆，电感L＝50mH；仿真时间1s。
一、12脉波整流电路建模
【实验要求】
根据题目给出的主电路和基本参数，建立完整的12脉波整流电路的模型，即包括主电路、同步电路、触发脉冲电路、仿真结果测量及显示电路等，给出建模思路说明和主要元器件参数设置说明。
经仿真可得：当α=37°时，V0=289V；当α=34°时，V0=299.9V。
现取α=34°时的各个整流电压电流波形进行一下分析。
两组整流桥Leabharlann 相下桥臂晶闸管触发脉冲、A相同步电压信号的波形：
经局部放大：
如上图，第一个波形为A相电压波形，第二个波形为星型连接绕组所接整流桥的A相下桥臂晶闸管触发脉冲，第三个波形为角型连接绕组所接整流桥的A相下桥臂晶闸管触发脉冲。
三、12脉波整流电路闭环仿真
【实验要求与操作】
采用电流闭环控制，使两组整流桥输出的电流都为100A。说明相关参数，分别给出两组整流桥的电流输出波形、交流侧输入电流波形、10kV电网电流波形。电流闭环控制框图如下图所示。
图4
依据实验要求，利用simpowersystems建立的仿真模型如下：
图 5
如图5所示，闭环调节部分按照拓扑模型搭建，其中Io1、Io2分别为测量L1、L2的电流数值模块，通过SUM模块与constant模块相连接，并输入至PI调节器模块DiscretePI Controller，输出触发角。同时，将两个整流桥的控制信号分开为两个模块，使得由Io1反馈的闭环控制星型连接绕组所接整流桥，由Io2反馈的闭环控制角型连接绕组所接整流桥，达到双闭环控制的效果。
【参考文献】
［1］Ned Mohan，Tore M. Vndeland，William P. Robbbins.Power Electronic: Converters, Applications, And Design［M］.Beijing：Higher Education Press，2004.
调节后输入触发角：
仿真结果：
输出电流大小为361.4A，即相当于触发角失去作用，为不控整流。波形如下：
因此，应取Ki=0。同时，为使得输出电流为Io=100A。因为输出电压 ，负载阻值为R=1 Ohm，所以可以控制触发角 ，即调整PI调节器中Kp=0.74。以此参数仿真可得一下结果：
PI调节器参数设置：
所以，应调节由Io2反馈的闭环中的PI调节器参数，所以设置第二个PI调节器的Kp=0.74—0.3=0.44。
仿真后结果如下：
发现仍旧为不控整流，其中观察两个整流桥的A相上桥臂晶闸管触发脉冲，如下图：
由上图可以发现，触发脉冲一开始比较正常，但在经过一定时间后出现相位偏移，导致触发失败。所以，对第二个整流桥的触发PI调节器参数Kp进行进一步调整。多次微调后，发现Kp=0.432为触发成功的极限。
三相电网中的电流：
一个整流桥的三相电流：
对于6脉波整流电路，当α=34°时，对其三相电网中的电流、一个整流桥的三相电流进行FFT分析得如下：
三相电网中的电流：
一个整流桥的三相电流：
由以上四张图可以得出：在同一触发角时，相比于6脉波整流电路，12脉波整流电路一个整流桥中的三相电流的高次谐波的频率与幅值较低，谐波畸变率THD高于6脉波整流电路，即其中基频所占比重更大，波形更接近于输入的正弦电压波形。综上，12脉波整流电路在减少输入电流的畸变上优于6脉波整流电路。
(3).采用POWERGUI模块（或其他模块）对三相电网中的电流、一个整流桥的三相电流进行分析，分别记录从0.5s开始的一个基波周期的电流波形及FFT分析图，分析比较12脉波整流电路与6脉波整流电路的谐波电流及THD特性。
本次仿真使用POWERGUI模块中的FFTAnalysis对三相电网中的电流、一个整流桥的三相电流进行分析，此时α=34°，如下图所示：
变压器：整流变压器变比10kV/380V 50Hz，副边两个绕组的相位相差30度。故选用Three-PhaseTransformer(Three Windings)模块。因为输入10kV相电压，所以经计算10√3=17.32kV，所以一次绕组电压为线电压17.32kV；为使两副边绕组相位相差30度，采用一个为星型连接，一个为角型连接；同时将绕组的R、L值降低，Rm、Lm调节至合适的值，使变压器接近理想变压器，参数设置如下：
仿真结果测量及显示电路的基本参数设置：
通过图5中下方的Display模块，输出电流的大小可以清楚地显示出来，有助于调整参数。
PI调节器的参数选择与确定：
PI调节器的调节表达式为 ，所以当Ki不为0时，所调节输出的触发角将不断变化，使得系统失去原本的功能与稳定。以默认参数设置为例，进行仿真可得：
PI调节器默认参数设置：
这一利用作业任务驱动式教学，使我的知识学习与实践结合，学以致用，既巩固课本知识又培养其学习能力和应用知识解决问题的能力。在这一阶段的学习中，我对对Matlab学习有了较高的兴趣，并认真完成了每一次作业。再次、精讲多练，加深印象俗话说得好，熟能生巧、勤能补拙。多练习、多操作，就会在不知不觉中掌握和复习我们专业所学的知识。
心得与体会：
计算机仿真技术课程的每次作业都与我们所学的专业知识息息相关，但又是我之前所谓接触过的“新技术”，所以一开始学习时挺吃力的，但在经过一段时间训练后，已经能够通过自己的学习与钻研，完成每一次作业。尤其是这最后一次大作业，综合了电路搭建、各个模型的参数选择、测量方法的使用等操作，考察并锻炼了我们的Matlab—Simulink的使用能力，而且要求我们与之前所学知识结合，同时去查阅相关资料，结合自动控制原理、电力电子技术等专业知识进行分析，才能得出正确的结论。
(1).要求输出的负载平均电压为300V，根据直流电压平均值与触发角的关系，估算触发角，给出估算依据和说明。
三相输入相电压为Vin=10kV，经变压器输出电压降压为线电压380V，再经过整流桥整流。当α=0°时，依12脉波整流电路的理想波形课计算： ；当α≤90°时， ，即α=37°。
(2).设置整流桥的触发角，进行仿真。给出两组整流桥A相下桥臂晶闸管触发脉冲、A相同步电压信号的波形，要求在同一示波器下显示。
所以，PI调节器的参数选择为：
由Io1反馈的闭环控制PI调节器参数设置：