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三相半波可控整流电路仿真实现
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一、 三相半波可控整流电路根本工作原理
三相半波可控整流电路主电路构造如以下图所示，其根本工作原理分析如下：
工作原理：
三相半波可控整流电路如下图。为得到零线，变压器二次侧必需接成星形， 而一次侧接成三角形，避开 3 次谐波电流流人电网。三个晶闸管分别接入a、b、c 三相电源，它们的阴极连接在一起，称为共阴极接法，这种接法触发电路有公共端，连线便利。
假设将电路中的晶闸管换作二极管，并用 VD 表示，该电路就成为三相半波不行控整流电路，以下首先分析其工作状况。此时，三个二极管对应的相电压中哪一个的值最大，则该相所对应的二极管导通，并使另两相的二极管承受反压关断，输出整流电压即为该相的相电压。在一个周期中，器件工作状况如下：
在 ω t1～ω t2 期间，α 相电压最高，VD1 导通，ud= ua；在 ω t2～ω t3 期间，b 相电压最高，VD2 导通，ud= ub；在 ω t3～ω t4 期间，c 相电压最高， VD3 导通，ud= uc。此后，在下一周期相当于 ω t1 的位置即 ω t4 时刻，VD1 又导通，重复前一周期的工作状况。如此，一周期中VD1、VD2、VD3 轮番导通，每管各导通 120o。ud 波形为三个相电压在正半周期的包络线。在相电压的交点
《电力系统仿真技术》作业 2-仿真练习 任课教师：李军徽
ω t1、ω t2、ω t3 处，均消灭了二极管换相，即电流由一个二极管向另一 个二极管转移，称这些交点为自然换相点。对三相半波可控整流电路而言，自然换相点是各相晶闸管能触发导通的最早时刻，将其作为计算各晶闸管触发角 α 的起点，即 α =0o，要转变触发角只能是在此根底上增大，即沿时间坐标轴向右移。假设在自然换相点处触发相应的晶闸管导通，则电路的工作状况与以上分析的二极管整流工作状况一样。由单相可控整流电路可知，各种单相可控整流电路的自然换相点是变压器二次电压 u2 的过零点。
负载电压：
整流电压平均值的计算分两种状况：
1〕α ≤30o 时，负载电流连续，有
当 α =0 时，Ud 最大，为 Ud= Ud0＝.
2)α >30o 时,负载电流断续，晶闸管导通角减小，此时有
负载电流平均值为
晶闸管承受的最大反向电压，为变压器二次线电压峰值，即
由于晶闸管阴极与零线间的电压即为整流输出电压 u d,其最小值为零,而晶闸管阳极与阴极间的最大正向电压等于变压器二次相电压的峰值,即
《电力系统仿真技术》作业 2-仿真练习 任课教师：李军徽
二、 三相半波可控整流电路仿真实现及结果分析
基于 PSCAD/EMTDC 仿真软件对三相半波可控整流电路进展仿真，主电路构造如以下图2 所示，掌握电路如图 3 所示，仿真结果如图 4 所示。
《电力系统仿真技术》作业 2-仿真练习 任课教师：李军徽
三、 软件的界面
pscad 软件的使用主要界面如以下图 1 所示，其界面上的功能解释如下：
《电力系统仿真技术》作业 2-仿真练习 任课教师：李军徽
PSCAD 是一种有效的用户图形界面,能够显著地提高电力系统电磁暂态模拟争论的效率。
利用 PSCAD 家族的软件工具,使得电力系统工程师能够充分利用现代微机工作站的资源, 更为有效地使用马尼托巴高压直流争论中心的 EMTDC 暂态模拟软件。该族软件还可作为该中心的实时数字模拟器(RTDS)的用户界面。
PSCAD 由下述软件模块构成:
文件治理系统
当用户涉及 PSCAD 时所遇到的第一个软件模块就是文件治理系统。承受一种工程/算题/文件的分层构造来表示用户进展电力系统模拟争论的数据库构造。假设得到授权可以进入该数据库 , 这样, 局部网上的不同用户可以共享同一个数据库。从文件治理软件模块可以直接进展诸如备份、储存、文件编缉、拷贝和删除等操作。
通过选择文件治理模块屏幕右上角的适当菜单可调用 PSCAD 的其它软件模块, 很多状况下将全部的软件模块同时激活 , 有些模块的图像可能临时隐蔽在正在处理的模块图像之下。
建模(DRAFT)模块
建模程序包是 PSCAD 程序族中最有成效的。借助建模包, 用户可以用图形的方法建立需要进展模拟争论的电力系统模型。通过选择不同的功能, 建模包可以为 EMTDC 或 RTDS 模拟争论预备必需的文件。
电力系统元部件图像位于调色板中 (建模窗口的右侧)并可移至画布上(左侧), 通过将各元部件模型互连便完成了电力系统模型。不同元部件模型所需的参数可在调用这些模型时屏幕上消灭的菜单中直接输入。具有大量互联元部件的电力系统模型同样易于处理, 由于画布局部可分为很多层次并可在屏幕上滚动显示。
当用户完成了模型构筑时, 可以通过基于 PS 格式的激光打印机或者可以承受 HP-GL 命令的绘图仪输出硬拷贝。
架空线(T-LINE)和电缆(CABLE)模块
确定架空输电线和电缆的行波模型所需数据的计算过程是相当简单的。为了确定变换矩阵、模式传输时间和波阻抗, 需要进展特征值分析。为了完成这种分
《电力系统仿真技术》作业 2-仿真练习 任课教师：李军徽
析, 需要使用 T-LINE 和 CABLE 模块。通过功能选择可以产生单频率模式模型或者完全的频率相关行波模型。
架空线模型所需要的数据有导线的空间相对位置以及导线的半径和电阻率。对于电缆, 每一导电层和绝缘层的半径和特性都是必需的。
由T-LINE 和CABLE 模块所产生的数据可以直接输入到PSCAD 的建模(DRAFT) 模块中。
运行(RUN TIME)模块
运行模块中的EMTDC 操作员掌握台软件模块和RTDS 掌握台软件模块可分别为运行 EMTDC 和 RTDS 供给掌握操作功能和数据收集系统功能。软件中供给了完善的界面, 允许使用者装入、启动或停顿一个模拟算题, 并可在模拟过程中与之通讯。由于承受了多种仪表和模拟过程数据在线绘图, 允许使用者获得相关模拟算题的即时反响。使用者所激发的动态过程, 如整定值改动、开关操作以及故障触发可以通过操纵滑触头、电位器、开关和按钮进展。
单曲线绘图(UNIPLOT)和多曲线绘图(MULTIPLOT)模块
EMTDC 和 RTDS 所产生的数据的分析和绘图是通过单曲线绘图模块进展的。可以对数据进展标尺整定和通用格式整定。对于绘图用的数据可直接进展傅里叶分析。假设要处理大量的数据, 可以通过编程的方法形成自动处理挨次。
多曲线绘图模块可以将单曲线绘图模块绘出的曲线整理成适合报告应用。可将多根曲线组合安排在单张纸上。使用者可以直接处理曲线并在纸面上添加需要的文字说明并可绘制其它美化标志。
EMTDC
EMTDC 是一套基于软件的电磁暂态模拟程序, 可以通过 PSCAD 进展调用。用户可以通过调用随 EMTDC 主程序一起供给的库程序模块或利用用户自己开发的元部件模型有效地组装任何可以想象出的电力系统模型和构造。EMTDC 的威力之一是可以较为简洁地模拟简单电力系统 , 包括直流输电系统和其相关的掌握系统。
RTDS
应用并联数字处理技术构成实时数字模拟器(RTDS)。EMTP 和 EMTDC 这些软件中所承受的著名电磁暂态求解方法同样在 RTDS 中承受以模拟电力系统。
《电力系统仿真技术》作业 2-仿真练习 任课教师：李军徽
通过联合使用RTDS 硬件和PSCAD 软件开发了一种模拟器, 用以模拟包含高压直流输电系统的大型互联电力系统。可以将实际的直流掌握系统与这种模拟器互联以便进展系统调试前的模拟试验或者帮助工程师们生疏的掌握概念。
RTDS 和 PSCAD 的结合还用于实际继电器的闭环试验。通过对模拟器模拟量通道的电压和电流信号的放大可以模拟系统故障并观看继电器的响应 , 继电器的触头可用来触发模拟器中的开关动作。
联网和工业标准
由于 PSCAD 严格遵守工业标准, 如 UNIX、以态网、PS 图形方式和 X 窗口标准, 确保这一软件能在不同的微机工作站上运行。借助局部网技术使得用户可进入一个通用的数据库。一位用户进展的模拟争论的数据和结果可由另外的用户调用,假设后者得到了适当的授权的话。
除了可使用通用数据库外, 还可以在用户间共享计算机资源。PSCAD 设计中承受了特地的技巧, 允许高性能的网络效劳器或轻载的工作站被安排用作大量的数据模拟计算,而用户工作站可以用来预备的模拟算题或进展实际模拟的结果监视。从 PSCAD 还可以直接享用诸如打印机和绘图仪之类的资源。
硬件要求
PSCAD 编写使其适合在基 UNIX 操作系统并具 X 窗口环境的微机工作站上运行。PSCAD 具备自己的软件支持因而不需要用户再安装其它支持软件。
建议使用的系统至少应具备 16MB 的内部 RAM。安装的 PSCAD 软件需占用不到 10MB 的磁盘存储空间。软件同时支持单色和彩色监视器。假设要运行 EMTDC 模拟软件, 用户应供给 FORTRAN 77(F77) 编译器。
硬拷贝输出承受 PS 格式。建模模块中的图形可通过承受 HP-GL 命令的绘图仪输出。