【正文】 圖 單相半波可控整流電路的 Pspice 組態(tài) STEP2:按照?qǐng)D 寫出 .cir 的文本 文件，保存為 ， 程序中的 *后面的內(nèi)容是解釋下面的內(nèi)容，每句的分號(hào)后面是解釋這句話的含義， 如下： THYRISTOR SINGLEPHASE HALFWAVE RECTIFIER * 電源，方波控制電壓 .PARAM V1=200V V2=200V。時(shí)，我們就有了以下的疑問： (a)負(fù)載電流的有效值是多少 ? (b)負(fù)載功率的平均值是多少 ? (c)流過晶閘管的平均電流是多少 (忽略所有的電路電感 )? 解決上述問題有以下四個(gè)步驟： STEP1:從圖 .(a)和所給的數(shù)據(jù)可以畫出圖 。 單相半波可控整流電路仿真與設(shè)計(jì) 如圖 (a)所示的單相半波可控整流電路， (b)給出了負(fù)載電壓 ud 與負(fù)載電流 id 的波形圖。變流電路在不同控制角下，負(fù)載電壓、電波波形以及晶閘管兩端的電壓等波形均會(huì)有相應(yīng)的變化。是研究電力的傳送、電力的變換、電力的控制和電力的開關(guān)的電 子學(xué)。 4 基于 Pspice 的三相全控橋式整流電路的仿真與設(shè)計(jì) 20 介紹 如果轉(zhuǎn)換開關(guān)是晶閘管 ， 就可以控制交直流的轉(zhuǎn)換，通過改變晶閘管的觸發(fā)角 α來調(diào)整由交流電所供應(yīng)的直流電源的負(fù)載量。所以二次側(cè)繞組電流有效值為 19 () 流過晶閘管的電流有效值 IT 和平均值 IdT 分別為 () () 同樣，為了提高整流輸出直流電壓平均值，可在負(fù)載側(cè)并聯(lián)一續(xù)流二極管，構(gòu)成帶續(xù)流二極管的三相橋式整流電路，其工作過程請(qǐng)讀者自行分析。重復(fù)一次，所以整流輸出電壓平均值為 () 負(fù)載電流平均值為 () 變壓器二次側(cè)繞組一周期內(nèi)流過電流波形為方波，其中正半周為 120176。 感性負(fù)載電流連續(xù)時(shí)，晶閘管導(dǎo)通角總是 120176。時(shí)的波形 從圖 的 uT1波形可知。時(shí)的波形 17 圖 三相橋式全控整流電路帶電感性負(fù)載 α = 30176。三相全控橋帶大電感負(fù)載時(shí)的工作波形 [12]。、 α = 30176。時(shí)， ud 波形 正、負(fù)面積相等，平均值Ud = 0，所以感性負(fù)載時(shí)電路移相范圍為 90176。時(shí)，由前面分析可知，阻性負(fù)載的輸出電壓波形斷續(xù)，對(duì)于大電感負(fù)載，由于電感 L 的作用，在電源線電壓過零后晶閘管仍然導(dǎo)通，直到下一個(gè)晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通為止，這樣輸出電壓波形中出現(xiàn)負(fù)的部分。時(shí)，整流輸出電壓 ud 波形與阻性負(fù)載時(shí)一樣。 電感性負(fù)載 三相全控橋電感性負(fù)載電路通常電感量足夠大，使負(fù)載電流連續(xù)且其波形基本上為一條水平線。時(shí)，電流斷續(xù) (參見 圖 、圖 )，變壓器二次側(cè)繞組電流有效值為 () 流過晶閘管的電流平均值 IdT 為負(fù)載電流的 1/3，即 () 流過晶閘管的電流有效值 IT 也有連續(xù)和斷續(xù)兩種情況，但兩種情況下均有 15 () 阻性負(fù)載時(shí)， α = 0176。時(shí)，電流連續(xù)，對(duì)圖 波形分析，以 α = 30176。)，整流輸出電壓平均值為 () 電流斷續(xù)時(shí) (α 60176。 下面分析其基本數(shù)量關(guān)系。用寬脈沖觸發(fā)，雖然脈沖次數(shù)減少一半，但為了使脈沖變壓器不飽和，鐵心體積做得較大，繞組匝數(shù)也多，使漏感加大，脈沖前沿不夠陡。)來實(shí)現(xiàn)。~100176?？梢圆捎脤捗}沖 (脈沖寬度大于 60176。所以觸發(fā)脈沖順序?yàn)?T1→ T2→ T3→ T4→ T5→ T6。有一個(gè)器件換流。由于共陰極組和共陽極組換流點(diǎn)相隔 60176。換流一次，所以共陰極組晶閘管 T T T5觸發(fā)脈沖相位相差 120176。時(shí)的波形 由以上分析可以看出： (1) 三相橋式全控整流電路在任何時(shí)刻必須保證共陰極組和共陽極組各有一晶閘管導(dǎo)通，才能構(gòu)成導(dǎo)電回路。 圖 α = 60176。為電流連續(xù)和斷續(xù)的臨界條件，當(dāng) α 60176。時(shí)輸出電壓 ud 波形。時(shí)的波形 12 圖 、圖 分別為 α = 60176。晶閘管 T1 承受的電壓波形由三段組成： ωt1 ~ωt3 段， T1 導(dǎo)通， u T1 = 0； ωt3 ~ωt5 段，共陰極組 T3導(dǎo)通， uT1 = ua ? ub = uab ； ωt5~ωt7 段，共陰極組 T5 導(dǎo)通， uT1 = ua ? uc = uac 。時(shí)相同。圖 為 α= 30176。當(dāng)觸發(fā)角 α 0176。每隔 60176。觸發(fā)角 α的起點(diǎn)，仍然是從自然換相點(diǎn)開始計(jì)算，注意正負(fù)方向均有自然換相點(diǎn)。 由以上分析可知，三相全控橋式整流電路中，對(duì)于共陰極組的 3 個(gè)晶閘管，陽極所接交流電壓值最大的一個(gè)導(dǎo)通；對(duì)于共陽極組的 3 個(gè)晶閘管，陰極所接交流電壓值最低 (或者說負(fù)得最多 )的導(dǎo)通；任意時(shí)刻共陽極組和共陰極組中各有 1 個(gè)晶閘管處于導(dǎo)通狀態(tài)。在第 IV 階段， T T4 導(dǎo) ud=ubua=uba ；第 V 階段，T T5 導(dǎo)通， ud=ucua=uca ；第 VI 階段， T T6 導(dǎo)通， ud=ucub=ucb。 第 III 階段， b 相電位最高，自然換相點(diǎn)處觸發(fā) T3 管，則共陰極組換相至 T3，電流從 a相換至 b 相， T1 因承受反向電壓關(guān)斷， T2 因 c 相電位仍為最高而繼續(xù)導(dǎo)通，負(fù)載上電壓 10 ud=ubuc=ubc 。 第 II 階段， a 相電位仍然為最高， T1 繼續(xù)導(dǎo)通，但 c 相電位最低，在自然換相點(diǎn)處觸發(fā) c 相的 T2 管，則 T2 導(dǎo)通，電流從 b 相換至 c 相， T6 因承受反向電壓關(guān)斷。時(shí)的波形 第 I 階段， a 相電位最高，共陰極組 T1 管觸發(fā)導(dǎo)通， b 相電位最低，共陽極組 T6 觸發(fā)導(dǎo)通，電流流通路徑為 a → T1 → R → T6 → b，負(fù)載上電壓 ud=uaub=uab 。就是在自然換 相點(diǎn)處換相。這樣，任意時(shí)刻共陽極組和共陰極組各有一個(gè)晶閘管處于導(dǎo)通狀態(tài)，電路工作波形如圖 所示。時(shí)的情況。 (a)三相半波共陰極組和共陽 極組串聯(lián)的電路 (b)三相橋式全控整流電路 圖 三相全控橋式整流電路 電阻性負(fù)載 當(dāng) α = 0176。如果兩組負(fù)載完全相同且觸發(fā)角 α 一樣，則負(fù)載電流 Id Id2 相等，電路零線中無電流流過，如果將零線去掉，并不影響電路的工作，就成為三相橋式全控整流電路，如圖 (b)所示。通常全波整流電路也稱為橋式整流 電路。它們分別接到負(fù)載的兩端。半波整流電路中，每條交流電源線中的電流是單一方向的，負(fù)載上得到的只是電源電壓波形的一半，故稱半波整流?？煞譃榘氩ㄕ骱腿ㄕ?。不 控整流電路全由整流二極管組成 [7]。在全控整流電路中，整流器件全由晶閘管或其它可控器件組成。 按整流器件分，可分為可控整流和不可控整流兩種。 7 原 理 圖 設(shè) 計(jì)設(shè) 置 仿 真 類 型 及 參 數(shù)執(zhí) 行 仿 真分 析 仿 真 結(jié) 果YN滿 足 設(shè) 計(jì) 要 求 ？輸 出 結(jié) 果 圖 1 Pspice 仿真步驟 3 三相全控橋式整流電路的電路分析 整流電路的分類 整流電路是一種將交流電能轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娔艿淖儞Q器。第三步，根據(jù)輸出的結(jié)果和設(shè)計(jì)要求進(jìn)行對(duì)比，找出不足。第二步，根據(jù)要求選擇正確的分析方法。 Pspice 軟件基本使用步驟 使用 Pspice 軟件實(shí)現(xiàn)電路仿真的步驟如圖 1。 (3) 蒙特卡羅 /最壞情況分析 (Monte Carlo/Worst Case)。 (2) 參數(shù)分析 (Parametric)。它們包括： (1) 溫度分析 (Temperature)。用于求出暫態(tài)分析結(jié)果中某個(gè)輸出信號(hào)的直流與其傅立葉成分的比例。用于求 出 各個(gè)時(shí)間點(diǎn)上電路 的節(jié)點(diǎn) 電壓，支路電流或是數(shù)字狀態(tài)。包括有： (1) 暫態(tài)分析 (Transient)。主要是求出在交流掃描分析時(shí)所指定的頻率中，輸出信號(hào)里面屬于各個(gè)電路噪聲源的比例，輸出信號(hào)的噪聲 RMS 總和以及等效的輸入噪聲源。主要是將一個(gè)或兩個(gè)交流電源掃過一定范圍的頻率 ，并使電路在偏壓點(diǎn)附近線性化之后求取小信號(hào)電壓或電流的幅度會(huì)相位的頻率響應(yīng)。主要是計(jì)算在偏壓點(diǎn)數(shù)值改變的情況下的小信號(hào)直流增益、輸入阻抗與輸出阻抗的改變量。將一個(gè)或兩個(gè)直流電壓源、模型參數(shù)或溫度作為輸出波形的橫軸變量，掃描過一定范圍的數(shù)值，取出穩(wěn)態(tài)電壓或電流作為輸出波形圖的縱軸變量。計(jì)算在偏壓點(diǎn)的數(shù)值改變時(shí)，某個(gè) 節(jié)點(diǎn)電壓數(shù)值的變化程度。主要是在用戶給定的直流電源的情況下，求出電路上個(gè)節(jié)點(diǎn)電壓與分支電流的數(shù)值。 Pspice 可執(zhí)行的仿真分析 Pspice A/D 可執(zhí)行的電路分析，大致可以分為基本分析與高級(jí)分析兩大類，每一類中會(huì)有許多具體的分析類型。 (6) 電路的優(yōu)化設(shè)計(jì)程序 Optimizer。盡管 Pspice 的模型參數(shù)庫中包含了上萬種元器件模型，但有時(shí)用戶還是根據(jù)自己的需要而采用自己確定的元器件的模型及參數(shù)。 (5) 模型參數(shù)提取程序 Model Ed(Model Editor)。 Pspice 中有很豐富的信號(hào)源，如正弦源，脈沖源，指數(shù)源，分段線性源，單頻調(diào)頻源等等。它可以起到萬用表，示波器和掃描儀的作用，在屏幕上繪出仿真結(jié)果的波形和曲線。 (3) 圖形后處理程序 Probe。 模擬計(jì)算程序只能打開擴(kuò)展名為 .cir 的電路輸入文件，而不能打開擴(kuò)展名為 .sch 的電路輸入文件。 (2) 模擬計(jì)算程序 Pspice A/D。電路元器件符號(hào)庫中備有各種原器件符號(hào)，除了電阻，電容，電感，晶體管，電源等基本器件及符號(hào)外，還有運(yùn)算放大器，比較器等宏觀模型級(jí)符號(hào)，組成電路圖，原理圖文件后綴為 .sch。 (1) 電路原理圖編輯程序 Schematics。無疑是廣大電子電路設(shè)計(jì)師的好幫手 [1]。 另外，用戶還可以對(duì)仿真結(jié)果窗口進(jìn)行編輯，如添加窗口、修改坐標(biāo)、疊加圖形等 ，還具有保存和打印圖形的功能，這些功能都給用戶提供了制作所需圖形的一種快捷、簡(jiǎn)便的方法。 (3) 功能強(qiáng)大，集成度高 在 Pspice 內(nèi)集成了許多仿真功能，如：直流分析、交流分析、噪聲分析、溫度分析等 ，用戶只需在所要觀察的節(jié)點(diǎn)放置電壓 (電流 )探針，就可以在仿真結(jié)果圖中觀察到其 “電壓 (或電流 )時(shí)間圖 ”。如果用 Protel 等軟件進(jìn)行參數(shù)修改仿真，則過程十分繁瑣。即使沒有參考書，用戶只要具備一定的英語基礎(chǔ)就可以通 4 過實(shí)際操作很快掌握該軟件。 (1) 圖形界面友好，易學(xué)易用，操作簡(jiǎn)單 由 Dos 版本的 Pspice 到 Windows 版本的 Pspice，使得該軟件由原來單一的文本輸入方式而更新升級(jí)為輸入原理圖方式，使電路設(shè)計(jì)更加直觀形象。如 Protel 和 Tango，它對(duì)單層 /雙層電路板的原理圖及 PCB 圖的開發(fā)設(shè)計(jì)很適合，而對(duì)于布線復(fù)雜，組件較多的四層及六層板來說 ORCAD更有優(yōu)勢(shì)。這些特點(diǎn)使得 Pspice 受到廣大電子設(shè)計(jì)工作者、科研人員和高校師生的熱烈歡迎，國(guó)內(nèi)許多高校已將其列入電子類本科生和碩士生的輔修課程 [16]。與印制版設(shè)計(jì)軟件配合使用，還可實(shí)現(xiàn)電子 設(shè)計(jì)自動(dòng)化。 Pspice 仿真軟件的優(yōu)越性 Pspice 軟件具有強(qiáng)大的電路圖繪制功能、電路模擬仿真功能、圖形后處理功能和元器件符號(hào)制作功能，以圖形方式輸入，自動(dòng)進(jìn)行電路檢查，生成圖表，模擬和計(jì)算電路。 Pspice 軟件的使用已經(jīng)非常流行。 1998 年著名的 EDA 商業(yè)軟件開發(fā)商 ORCAD 公司與 Microsim 公司正 式合并，自此 Microsim 公司的 Pspice 產(chǎn)品正式并入 ORCAD 公司的商業(yè) EDA 系統(tǒng)中。與此同時(shí)，各種以 SPICE 為核心的商用模擬電路仿真軟件，在 Spice 的基礎(chǔ)上做了大量實(shí)用化工作，從而使 Spice 成為最為流行的電子電路仿真軟件。 1985 年，加州大學(xué)伯克利分校用 C 語言對(duì) Spice軟件進(jìn)行了改寫， 并由 MICROSIM 公司推出。 2 Pspice 仿真軟件概述 Pspice 的起源與發(fā)展 用于模擬電路仿真的 Spice（ Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis）軟件于 1972 年由美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)小組利用 FORTR AN 語言開發(fā)而 3 成，主要用于大規(guī)模集成電路的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。把計(jì)算機(jī)輔助分析軟件應(yīng)用引入電力電子學(xué)教學(xué)中，使學(xué)生學(xué)會(huì)用計(jì)算機(jī)工程軟件對(duì)電路進(jìn)行分析計(jì)算．掌握這一高科技應(yīng)用技術(shù)是面向 2l