作业1要求：
（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、初相角为0的正弦周期电压源，负载电阻为2Ω，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。
（2）将负载电感修改为20mH后模拟触发角为00、300、600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。
（3）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。 （4）在负载中增加一100V的直流反电动势负载(电感保持为6.5mH)，分析负载电流的特性。00作触发角为0，30时的仿真分析。
实验一
1.第（1）问的仿真与分析
单相桥式整流电路仿真电路见下图1，其中电源电压是频率为50Hz、幅值为310V、初相角为0的正弦周期电压源，负载电阻为2Ω，负载电感为6.5mH。 Clock1与clock2的延时角始终相差半个周期，即10m秒。
图 1单相桥式整流电路
触发角为0度时的仿真波形如下图2。从上到下的波形分别为控制信号、输入单相电压、晶闸管VT1正向压降、输出电压波形、输出电流波形，这5种信息。
图 2 触发角a=0度的波形
分析：
（1）触发角为0度时，整流相当于对电压波的值取绝对值，即效果单相桥式二极管整流效果一致，如图中的Vout。晶闸管承受反向电压，即输入电压的负半轴，如图中第三行的波形。负载电流为非理想的正弦波，其相角滞后于电压相角，这正是由于负载为感性负载所致。 Clock1与clock2正好相差10m秒。
（2）四个晶闸管每次有两个开通，有两个关闭，同一半桥的晶闸管的开关状态是互补的，对角的两个晶闸管同时导通同时关闭。
触发角为30度时的仿真波形如下图3。从上到下的波形分别为控制信号、输入单相电压、晶闸管VT1正向压降、输出电压波形、输出电流波形，这5种信息。
图 3 触发角为30度的波形
分析：
（1） 触发角为30度时，整流整流出的波形有变化，并且有小于0的电压出现，如图中的Vout。
（2） 晶闸管承受反向电压，仍为输入电压波形，如图中第三行的波形，在导通时的电压为0。
（3） 负载电流为非理想的正弦波，其相角滞后于电压相角，但电流时钟大于0，并且连续，这正是由于负载为感性负载所致。
（4） 出现输出电压为负值的原因是电感负载续流的作用，此时导通的晶闸管仍承受正向电压的作用，流过正向电流。从上图的输出电压Vout和晶闸管VT1的正向压降可以
- 1 分析：
（1） 电感的值增大到20mH时，可以看出输出的电压波形Vout比在电感为6.5mH时直流成分更好了，纹波减小了很多。
（2） 电压波形和晶闸管承受反向电压基本无变化。
触发角为30度时的仿真波形如下图6。从上到下的波形分别为控制信号、输入单相电压、晶闸管VT1正向压降、输出电压波形、输出电流波形，这5种信息。
图 6电感改为20mH，触发角为30度的波形
分析：
（1） 电感电感的值增大到20mH时，可以看出输出的电压波形Vout比在电感为6.5mH时直流成分更好了，纹波减小了很多。
（2） 输出负载电流滞后与电压的角度更大了，其他波形并无变化。
触发角为60度时的仿真波形如下图7。从上到下的波形分别为控制信号、输入单相电压、晶闸管VT1正向压降、输出电压波形、输出电流波形，这5种信息。
图 7电感改为20mH，触发角为60度的波形
分析：
（1） 电感的值增大到20mH时，可以看出输出的电压波形Vout比在电感为6.5mH时直流成分更好了，纹波减小了很多。
（2） 输出电压比较正常，输出负载电流为连续的，这正是由于负载电感增大的作用。
- 3
图 9电压源初相10度，触发角为30度时局部放大的波形
可以看出在20m处，输入正弦电压没有与0轴相交，即确实是移相了，另外也可以从时钟信号clock1和clock2看出。
此外，我们可以把此结果与前面的30度触发角的情况做对比，即图8与图3做对比，可以看出。所以仿真结果是正确的。
4.第（3）问直流100V反电动势负载后的情况
在电路原理图负载中串联一个100V反电动势，直流电压源，电阻为2欧，电感为6.5mH。
触发角为0度时的仿真波形如下图10。从上到下的波形分别为控制信号、输入单相电压、晶闸管VT1正向压降、输出电压波形、输出电流波形，这5种信息。
图 10 触发角为0度，接反电动势负载时的波形
触发角为30度时的波形
- 5
作业2任务：
（1） 完成三相半波共阴极整流电路的设计，输入电压源为的幅值为310V，频率为50Hz，负载为阻感负载，电感值为50mH，电阻值为10Ω。
（2） 仿真分析触发角为300、600时电路的特性和工作过程。
（3） 将负载电感的值修改为5mH和1H，对触发角为600的工作过程作仿真分析，并分析负载电感对电路特性的影响。
实验二
1.第（1）问电路设计即仿真
电压源为的幅值为310V，频率为50Hz.负载为阻感负载，电感值为50mH，电阻值为10Ω，三相电压的相位差为120度，利用Saber模版对clock的触发角进行调节。电路图如下图
图 13 三相半波共阴极整流电路
2.第（2）问电路特性即工作过程
触发角为0度时的仿真波形如下图14。从上到下的波形分别为控制信号、输入三相电压、晶闸管VT1正向压降、输出电压波形、输出电流波形，这5种信息。
图 14 触发角为0度时的波形
- 7 承受的正向电压为0的线段。
图 17 三个晶闸管的导通顺序的波形反应
晶闸管承受的反向电压分析：
以晶闸管VT1为例，见下图18，此图为触发角为30度时的晶闸管两端的电压。
图 18 晶闸管VT1两端承受的电压波形
在VT1导通时近似承受0压降，在120度导通后，突然会有一个反向电压施加在VT1上，这个电压是由于VT2的导通使VT1关断，承受反向电压（v-u）。此电压作用120度后，由于VT3的导通，使VT2关断，此时VT1承受的反向电压为（w-u），以导致在图中有电压突变的过程。
3.第（3）问修改负载电感后的影响
5mH的工作，见下图19。
- 9 作业3任务要求：
（1）完成三相桥式半控整流电路的设计，负载为阻感负载，电阻为10Ω，电感为6.5mH，输入电源电压为310V，频率50Hz，选择Y型连接，中性点接地。
（2）分析触发角为300、600时三相桥式半控整流电路的工作过程，如果增加续流支路，再次分析触发角为300、600时三相半控整流电路的工作过程。三相半控桥式电路的直流侧增加一个320V直流电源。这时电路能否工作在逆变模式，如能，请作出相应的仿真波形，并说明电路工作在逆变状态；如不能，请说明原因。
（3）将三相半控电路改为全控桥式电路，交流侧的输入电源不变，直流侧的电阻、电感和电源保持不变。这个电路是否能够工作在逆变状态，如能，请作出相应的仿真波形，并说明电路确实工作在逆变状态；如不能，请说明原因，并进行相应的修改后再完成逆变电路的仿真。
实验三
1.第（1）问的电路设计和仿真
三相半控桥式电路，阻感负载，电阻为10Ω，电感为6.5mH，输入电源电压为310V。
图 21 三相桥式半控整流电路
2.三相半控桥式整流电路分析
触发角为30度时，仿真的波形。从上至下分别为控制信号，三相电压，输出电压，输出电流。
- 11
图 24 触发角为30度的导通过程
触发角为60度的导通过程分析
如下图25，从上到下分别为控制信号，晶闸管VT1两端的压降，输出p端对地的电压波形，三相电压，输出n端对地的电压波形，二极管D4两端的电压降。
图 25触发角为30度的导通过程
分析：
（1） 三相半控桥式整流电路的工作，可以等效于一个三相半波全控电路和一个不可控三相半波整流电路。
（2） 从图24，25可以看出，n端对地的电压始终为三相电压的下包络线，即始终工作在自然换相点。而p端对地的电压是随着触发角的改变而改变。 （3） 30度触发角工作时，输出的电流纹波较小，而60度触发角时的纹波较大。
- 13
图 28触发角为60度，有续流二极管的波形图
触发角为90度
触发角为90度时，仿真的波形见下图29.从上至下分别为控制信号，三相电压，输出电压，输出电流。
图 29触发角为90度，有续流二极管的波形图
分析：
（1） 从以上图27——图29的仿真结果可以发现，在出发小于等于60度时，其工作状态和输出波形与没有续流二极管的情况完全相同。
（2） 在触发角大于60度后，例如图29的触发角为90度，就可以看到输出电压有一段恒为零，这就是续流二极管起到了作用。
（3） 有了续流二极管后，输出电压不会有负值了，只可能大于或等于零，在续流二极管起作用的过程中，整流电路两端电压为零。
逆变模式的分析：
三相桥式半控整流电路不能工作在逆变状态。因为属于半控，若能逆变直流侧电压为负，这将会使有桥臂处于直通状态。这是违背了逆变的条件的，能实现
- 15
图 32 有源逆变状态触发角a=120度的波形
触发角为150度的波形，见下图33.从上至下分别为三相电压，输出电压，输出电流波形。
图 33有源逆变状态触发角a=150度的波形
触发角为90度时的波形，见下图34.从上至下分别为三相电压，输出电压，输出电流波形。
- 17
图 36 将电感值增大到1H时，150度触发角所输出的波形
将电感的值增大后，可以看到完好的逆变电压波形，进一步说明电路确实工作在逆变状态。这也说明了，逆变的性能与负载的电感息息相关，较大的电感会减小电压的脉动，使输出电压波形与交流测匹配。但是，电感太大，会使电路的动态特性变慢，从图36，35，34中可以对比得出。
- 19
图 38 逆变器的六路时钟信号
从6路控制信号可以看出，驱动电压为20V，每个桥臂上的IGBT的导通角为180度，同一半桥上下两个臂交替导电，三个半桥的的角度依次相差120度。这样在任何一瞬间，将有三个IGBT同时导通。可能是上面的两个和下面的一个，也可能是上面的一个和下面的两个。
输出A,B,C三相相电压波形，如下图39.
图 39 三相相电压波形
A相的电压电流以及直流母线上的电流波形，见下图40.
- 21
60Hz输出波形的仿真结果,见下图42。
图 42 输出60Hz的仿真波形
可从上图明显看出输出电压和电流波形的频率有变化，频率变为60Hz。
3.第（3）问的仿真与分析
能，通过改变开关的占空比，即改变wd的值，就可以改变逆变器的输出电压波形。
改变输出电压波形wd=5m，即IGBT工作在90度的导通角时的波形如下。
- 23
