saber单相整流电路的仿真.ppt

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1、单相整流电路的仿真,在SaberSketch中设计的基本过程,在SaberSketch中设计对象的基本过程就是首先在元件库中寻找需要的元件，然后再将它们放置在设计中，在设计中适当调整各元件的位置，根据设计需要编辑元件属性值，然后按照相应的要求连接这些元件。,单相整流电路,1、单相半波可控整流电路2、单相桥式可控整流电路,单相半波可控整流电路的设计,设计,元件选择的原则,时钟元件的属性值,K的作用,小结,设计环境,元件库,其它元件的寻找,元件属性编辑界面,其它元件的寻找,其它元件的选择,用相同的方法选择设计中的其它元件。在Search栏中输入scr、resistor、clock和interfac

2、e就可以在元件库中找到相应的V、D、r1、clock1和K。上述元件属性的编辑方法与输入电压源属性的编辑方法相同。,元件库,单相半波电路,设计中元件选择的原则,选择元件的原则是要综合考虑仿真的精度和仿真的时间。通常情况下，选择的仿真模型精度越高，仿真时间越长。反之，如果选择的仿真模型的精度不是很高，则仿真过程需要的时间就越短。用Saber作仿真分析时，得到的仿真结果的精度不仅与仿真模型的精度有关，同时还与仿真过程的控制有关。,经常使用晶闸管模型,1、任何模型都要能够模拟对象的基本特征。2、模拟对象不同过程的差异构成不同的模型。,scr_l4模型是一个简单的电阻模型，驱动信号就是一个数字逻辑信号

3、。,SCR1模板的特征,1、门极驱动信号是逻辑信号。2、该模型能够模拟反向恢复电压的建立过程。,SCR2模板的特征,SCR2模型模拟了晶闸管的物理结构过程，这个模型具有较高的精度。,单相半波电路,控制时钟源属性的意义,c_clock模板中的initial、pulse、tr、tfperiod的属性值为req，在仿真前必须设置元件的这些属性值。,控制时钟源属性的意义,00仿真结果,控制时钟源属性的意义,本设计中时钟控制源的属性值,ref为clock1，initial为0，pulse为1，period为20m，tr为0.1m，tf为0.1m，width为1m，clock_delay为0，start_

4、delay为0，其它属性接受默认值。,单相半波电路,端点类型转换,ref为K，thresh为0.5，tr为15n，tf为15n，tdon为16n，tdoff为16n，其它属性接受默认值。其中thresh为门坎值，当输入控制信号大于或等于门坎值时，其输出为逻辑1，输入控制信号小于门坎值时，转换元件的输出为逻辑0。,单相半波电路,本部分小结,在以上这部分，通过设计一个简单的单相半波整流电路，应该了解如何使用SaberSketch中的元件库，如何在元件库中寻找元件，以及元件特性编辑器的作用和使用方法。了解根据仿真的目标选择元件的原则，在不同的设计阶段和不同仿真目的选择不同元件。掌握单相半波整流电路中

5、使用元件属性的意义，特别是c_clock模板属性值的意义。,仿真,单相半波整流电路的仿真步骤,1、将需要仿真的设计指定为当前设计。2、首先将以图形方式表示的设计转换为以语言方式表示的设计。3、上载设计，将需要仿真的设计调入内存，为仿真作准备。4、对设计作DC分析。5、对设计作时域瞬态分析，并在SaberScope环境中观察仿真结果。6、对设计作Fourier分析。,指定设计,选择SaberSketch环境中的DesignUse菜单指定当前需要仿真的设计。,返回,设计方式的转换,选择DesignNetlist菜单将以图形方式表示的设计转换为以语言方式表示的设计，即生成与设计对应的网表。,设计的一

6、致性,返回,上载设计,选择DesignSimulate菜单就完成了对设计的上载，即将设计上载到计算机的内存中。,返回,DC分析的基本概念,对设计系统作DC分析的目的主要在于确定设计系统的工作点。通常情况下DC分析是一个频域概念，系统工作频率为0时系统的工作情况，但Saber仿真过程中的DC分析还是一个时域概念，它是time=0时设计系统的工作状态。但它的结果不随时间的变化而变化。,作用,DC分析的注意事项,在默认设置下作DC仿真时仿真器将电容元件视为开路，电感元件视为短路。如果设计出现了纯电容割集，纯电感回路，电流源驱动电容或电压源驱动电感。两个串联电感的初始值不相同，两个并联电容的初始值不同

7、。,DC分析的作用,DC分析的结果往往是其它分析的基础，小信号AC分析就是以DC分析的结果为基础，时域瞬态分析也可以以DC分析的结果为基础，同时DC分析还可以迅速查出可能不正确的元件参数。虽然大多数电路检测工具中有电气规则检查功能，但是它们不能查出元件参数值是否正确，例如在设计中需要100k的电阻元件，但在仿真中使用的确实100的电阻，从DC分析结果中可以很容易发现其逻辑不正确。,DC分析的步骤,时域瞬态分析的步骤,DC分析的步骤,1、选择AnalysesOperating PointDC Operating Point菜单，打开直流分析参数。2 单击OK按钮。3 在SaberGuide界面中

8、选择 ResultOperating Point Report菜单，观察。,返回,开启参数设置界面,观察DC分析结果,DC分析的步骤,设计完成并上载成功后选择。AnalysesOperating PointDC Analysis打开DC分析参数设置的对话框。,返回,时域瞬态仿真步骤,单相半波整流电路DC分析结果,直流仿真结果的分析,输入电压源的幅值为310V，频率为50Hz，phase为0，u=310*sin(2*3.14*50t)clock1的initial属性值为0。,返回,时域瞬态分析的基本概念,时域分析是分析系统的特性随时间变化的情况。它是通过计算一些时间点的函数值来测定系统的特性，这

9、些时间点是离散的。这些离散的时间点叫时间步长，在作时域瞬态分析时必须设置仿真步长。在用Saber作时域分析的时候，需要设置感兴趣的时间，这个时间段通常用一个时间参数End Time来描述。,离散点,时域瞬态分析的步骤,时域瞬态分析过程的说明,时域瞬态分析过程的说明,0.0 0.0100.00000116861n 0.00314159272238611.0999999631167u 0.03455751761794111.099999937869u 0.34871608018875111.10000195913u 3.48960089683530.0011110999621451 34.2016

10、868591310.0021110998932272 61.5658721923830.00311110005714 82.9035644531250.0041110999882221 96.1260757446290.0051111001521349 99.9390945434570.0061110998503864 93.9693832397460.0071111000142992 78.8012924194340.0081110997125506 55.9195785522460.0091110998764634 27.5640716552730.010111100040376-3.48

11、960089683530.011111100204289-34.2016868591310.012111100368202-61.5658721923830.013111099600792-82.9035644531250.014111099764705-96.1260757446290.015111099928617-99.9390945434570.01611110009253-93.9693832397460.017111100256443-78.8012924194340.018111100420356-55.919578552246,时域瞬态分析的概念,时域瞬态分析步骤,选择Anal

12、ysesTime-DomainTransient菜单，打开时域瞬态分析参数设置界面。Basic标签：End Time为100m；Start Time为0；Time Step为1n；Run DC Analysis First为No，Plot After Analysis为Yes-Open Only。Input/Output标签：Plot File为tr，Data File为tr，Initial Point File为dc，End Point File为tr，其它项均采用默认参数。单击OK按钮，设计作时域瞬态仿真。仿真结束后仿真器将自动打开SaberScope。,直流分析的作用,时域瞬态仿真界面,

13、SaberScope的调用,仿真参数的设置界面,时域仿真步骤,时域仿真过程,Fourier分析步骤,仿真的过程,时域仿真步骤,SaberScope的调用,仿真结果,仿真分析结果,仿真结果的调整,坐标轴范围的确定,仿真结束后得到仿真结果，为了能够更清楚地观察仿真结果，需要调整坐标的范围。,坐标轴范围的确定,在SaberScope中选择GraphAxis Attributes菜单开启一个Axis Attributes对话框，用鼠标单击Axis栏旁向下的箭头，选择AxisY(2，0)，在Range栏中的值改为0，在to栏中的值改为320，其它参数接收默认设置。,时域仿真结果的分析,触发角为00的仿真

14、结果,返回,改变触发角,Fourier分析结果,clock属性,Fourier分析,如果时域仿真结果信号是周期性信号，可以对仿真结果作Fourier分析，以便比较准确地知道其中频谱成分。如果时域仿真结果信号是非周期性信号，可以对仿真结果作FFT分析，也可以比较准确地知道其中频谱成分。对Saber仿真器而言，时域仿真结果是Fourier分析和FFT分析的基础。,Fourier分析的步骤,选择AnalysesFourierFourier菜单，开启Fourier分析设置界面。在Basic标签下的参数为：Number of Harmonic为10，Period Specification为Freque

15、ncy and Location，Fundament Frequency为50，Plot After Analysis为Yes-Open Only，Period End为end，单击Period End旁向下的箭头，选择Period Begin选项，将Period Begin的值设置为begin。在Input/Output标签下的参数为：Input Data File为tr，Output Plot File为fou，其它参数接受默认设置。,分析参数设置界面,时域分析参数设置界面,分析结果,Fourier分析参数设置界面,Fourier分析步骤,触发角为00时的Fourier分析结果,半波整流后

16、的电压波形中含有直流分量、工频基波分量和高次谐波，工频基波分量的幅值甚至大于直流电压值，100Hz交流分量的幅值也较大，由此可知单相半波整流电路产生的谐波分量较大。根据电力电子理论知，单相半波整流电路输出的直流电压为：0.45220=99(V)，而仿真结果为98.318V，理论分析值与仿真值之间存在一个微小的差距，这是由于晶闸管正向导通时的管压降所致。,测量,时域瞬态仿真结果,Fourier分析结果的测量方法,返回,改变晶闸管的触发角,改变clock1的start_delay属性值改变晶闸管的触发时刻从而改变晶闸管的触发角。例如，将触发角设置为300。由于工频电源的周期为20ms，即20ms对

17、应3600，300所对应的时间为5ms/3，那么将控制时钟源的start_delay属性值设置为5ms/3，就可以模拟晶闸管触发角为300的情况。,00仿真结果,在内存网表中改变属性值,在内存网表中改变元件属性值,在SaberSketch界面中选择EditList/Alter，在出现的界面中选择c_clock.clock1，然后再单击Edit按钮，将出现参数修改界面，将其中的start_delay属性值设置为5m/3，单击OK按钮。,启动界面,元件的选择,修改属性,仿真结果,选择EditList/Alter,返回,List/Alter 界面,返回,Alter Component界面,返回,触发

18、角为300时的仿真结果,触发角为300时的Fourier分析结果,仿真结果中的直流电压为90.736V，理论计算值与仿真值的差异是由于仿真中的元件有损耗引起的。,单相桥式300,小结,1、在SaberSketch中完成设计后生成设计的网表，将以图形方式表示的设计转换为以语言方式表示的设计。2、上载设计，将以网表表示的设计加载到内存中。3、对设计作DC分析，寻找设计的工作点。4、对设计作时域瞬态分析，分析设计的特性。5、对设计作Fourier分析，分析设计对象的频谱特性。6、在内存网表中修改设计。,阻感负载下的仿真,在元件库中寻找到电感元件，放置在设计中，然后修改纯电阻负载电路，使其负载为阻感性

19、负载。负载电阻保持不变为2欧，电感为6.5mH。(电感元件的L属性值),30度,60度,有续流二极管,触发角为300时的仿真结果,13mH,电路,触发角为600时的仿真结果,电路,负载电感为13m时的仿真结果（30度）,6.5mH,有续流的13mH,有续流二极管单相半波整流电路,在设计中放置两个short元件，并放置一个与模板d对应的二极管。,short元件的特性,元件的旋转,仿真结果,单相桥式整流电路,short元件,short模板元件相当于一个0V电压源，其两端的压降为0，电流可以从p端流向m端，也可以从m端流向p端。其作用相当于一个电流观察器。其对应的模板为short。,续流二极管电路,

20、元件在设计中旋转,用鼠标选中需要旋转的元件，单击鼠标右键，将出现如图所示的快捷菜单，选择其中相应的菜单。,续流二极管电路,300时的仿真结果,续流二极管电路,300时的仿真结果（13mH),无续流的13mH,600时的仿真结果,有续流电路,单相桥式整流电路,采用的单相桥式整流电路的主电路中元件的属性值与单相半波整流电路中对应元件的属性值相同。,offpage元件,时钟源的属性值,设计的仿真,仿真结果,设计中使用的offpage元件,在同一设计中使用了offpage元件，如果offpage元件的name属性值相同，则仿真器将会自动认为具有相同name属性值的offpage元件连接在一起。,返回,

21、控制时钟源的属性值,clock1：ref为clock1，initial为0，pulse为1，period为20m，tr为0.1m，tf为0.1m，width为1m，clock_delay为0，start_delay为1.6667m，其它属性接受默认值。clock2：ref为clock2，start_delay为11.6667m，其它属性值与clock1的属性值完全相同。,返回,对设计的仿真,波形计算器,波形计算器的简介,在SaberScope中单击计算器图标，将激活波形计算器。波形计算器有两种模式，RPN(Reverse Polish Notation 反向波兰表示法)模式和代数模式。在作波形

22、计算时通常采用RPN模式。RPN方式为波形计算器的默认方式。当计算器启动正常后就可以使用波形计算器了。计算器在代数方式下与一般计算器的使用方法相同，而在RPN方式有其自身的特点。,仿真结果,在SaberScope中启动波形计算器,返回,两种模式下的波形计算器,返回,RPN模式下的特点,计算器在RPN模式下的主要特点是：其数据的储存类似于计算机的堆栈，它是将需要操作的数据或波形(其实也是一种数据)输入到计算器的堆栈寄存器中，然后再进行计算。计算器将根据计算的需要选择最浅堆栈中的数据。RPN模式下计算器的上述特点就决定了必须首先将需要进行计算的操作数输入进计算器的堆栈，然后在进行操作计算。,利用波

23、形计算器进行简单计算,在计算器的输入栏中输入一个操作数25，这时25将出现在计算器的输入栏中；单击enter按钮一次，这时操作数25将会同时出现在计算器的输入栏和堆栈显示区中；在输入栏中再输入操作数6，这时在计算器的输入栏中的显示为6，再单击enter按钮一次，这时X寄存器中的内容为6，Y寄存器中的为25；单击减法按钮，这时将进行两个操作数的减法运算，其运算结果将被存放在X寄存器中，因此这时堆栈显示区中的内容和输入栏中的内容相同。,波形计算器的使用,返回,单相桥式整流电路晶闸管两端的电压,电阻负载下触发角为600时的仿真结果,单相桥式电路,电阻负载下触发角为300时的仿真结果,单相半波300,

24、作业1,完成电阻电感负载下单相桥式整流电路的设计，其中电源电压是频率为50Hz、幅值为310V的正弦周期电压源，负载电阻为2，负载电感为6.5mH。模拟触发角为00、300、600时的工作过程，并分析整流的特点和工作过程。将负载电感修改为20mH后模拟触发角为00、300的工作过程，并分析负载电感对单相桥式整流电路特性的影响。分析负载电感对输出直流电压的影响，并提出消除这种影响的方法。,作业1,将电源电压的phase属性值修改为10后模拟触发角为300的情况，这时应该修改元件的那些属性值才能够得到正确的结果。你是怎样判断得到结果的正确性。在负载中增加一100V的直流反电动势负载(电感保持为6.

25、5mH)，分析负载电流的特性。作触发角为00，300时的仿真分析。,反电动势负载下单相桥式整流电路的仿真,在设计中放置一个与clampv 模板对应的元件，vhigh属性值设置为100+10m，vlow属性值设置为100-10m，g属性值设置为1meg，其它属性值均接受默认值。,clampv元件的特性,控制的特点,仿真结果,逆变电路,clampv模板的使用,该模板的作用就是使其两端的电压保持在vhigh和vlow之间，g为跨导，该值选择得大，则元件两端的电压稳定得越好。,电路,反电动势负载控制的特点,对于反电动势负载的桥式整流电路而言，晶闸管触发脉冲时刻电路的输入电压要大于反电动势电压，否则则要

26、采取宽脉冲触发，脉冲消失时刻整流电路的输入电压要大于反电动势电压。在有效调节范围内改变晶闸管的触发脉冲时刻可以改变整流电路输出的直流电压。,电路,触发角为600时仿真结果的分析,电路,单相桥式逆变电路的仿真,将交流电转变为直流电叫整流，而将直流电转变为交流电则叫逆变。逆变有有源逆变和无源逆变。有源逆变的交流侧与电源相联，无源逆变的交流侧不与电源相连。在本部分和第3章的逆变为有源逆变，在第4章的逆变为无源逆变。,电路,特点,有源逆变电路的特点,在很多情况下一套晶闸管变流装置既可以工作在整流状态，也可以工作在逆变状态，整流电路和逆变电路的结构可能相同。逆变电路的作用是将直流电能转变为交流电能，单相

27、桥式电路工作在逆变状态时其直流侧一定有直流电源，电路的作用就是将直流电源的能量转变为交流电源的能量。可以对带反电动势负载的整流电路作相应的修改，使之作为逆变电路。,逆变,逆变电路的建立,将VDC的vhigh属性值改为-320+10m，vlow属性值改为-320-10m。将clock1的start_delay属性值设置为5m，clock2的start_delay属性值设置为15m。,逆变,900仿真结果,1500仿真结果,逆变电路的工作特点,电源输出功率,电源输出功率的特点,逆变电路,时域仿真结果(触发角为900时）,逆变电路,Fourier分析结果(触发角为900时）,直流侧的电压为0，而直流

28、侧的电流并不为0。当晶闸管的触发角为900时，桥式电路交流侧电源和直流侧电源之间没有功率传送。,逆变电路,时域仿真结果(触发角为1500时）,逆变电路,Fourier分析结果(触发角为1500时）,逆变电路直流侧电压、电流的直流分量均不为0，其电流的相位为00，电压的相位为1800，逆变电路直流侧的直流电压和电流分量的方向相反，这也说明了逆变电路直流侧的直流电压分量为负，逆变电路的能量是从直流侧传送到交流侧。,逆变电路,单相桥式逆变电路的工作特点,触发角为900时是桥式电路工作在整流状态和逆变状态的临界点，当触发角小于900时，桥式电路交流侧的电能传送到直流侧，电路工作在整流状态；大于900时，桥式电路直流侧的电能传送到交流侧，电路工作在逆变状态。,单相桥式逆变电路的工作特点,改变逆变电路晶闸管的触发角可以改变逆变电路直流侧的电压，逆变电路直流侧的直流电压随晶闸管触发角的增加而增加。逆变电路的逆变角随触发角的增加而减小，逆变电路直流侧的直流电压分量随逆变角的减小而增加，但逆变角太小可能引起逆变失败。,