基于PSIM單相半波可控整流電路的仿真研究

高芳芳

摘 要：鑒于電力電子課程授課內(nèi)容主要以波形理論分析為主，內(nèi)容枯燥，不易入門的特點，本文以單相半波可控整流電路為例，在PSIM環(huán)境下仿真其工作原理，通過PSIM建立電阻性負(fù)載單相半波可控整流電路仿真模型，對觸發(fā)脈沖參數(shù)設(shè)置和輸出波形進行分析和研究，發(fā)現(xiàn)其模擬仿真結(jié)果和理論結(jié)果相同，使學(xué)生能夠?qū)Ρ容^難以理解的抽象內(nèi)容有一個直觀的感性認(rèn)識。

關(guān)鍵詞：PSIM；單相半波；整流電路

電力電子技術(shù)是使用電力電子器件對電能進行變換和控制的技術(shù)，該課程橫跨電力、電子、控制三大電氣工程技術(shù)之間的交叉科學(xué)，不但具有較強的基礎(chǔ)性，還具有很強的實踐應(yīng)用性。長期以來，通過與同行以及學(xué)生的交流溝通，總結(jié)出了在該課程教學(xué)中存在以下問題：學(xué)生對該技術(shù)興趣濃厚，但目前教師授課內(nèi)容主要以波形理論分析為主，內(nèi)容枯燥，不易入門。根據(jù)教學(xué)理念和學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，可以依托仿真軟件來結(jié)合理論教學(xué)，降低教學(xué)成本，提高教學(xué)效率，為教育教學(xué)提供良好的發(fā)展模式。

PSIM 是專門為電力電子和電動機控制設(shè)計的一款仿真軟件[1]。它可以快速的仿真和便利地與用戶接觸，為電力電子，分析和數(shù)字控制和電動機驅(qū)動系統(tǒng)研究提供了強大的仿真環(huán)境。本文重點介紹在 PSIM 軟件環(huán)境下對單相半波可控整流電路進行建模仿真，使學(xué)生能夠?qū)Ρ容^難以理解的抽象內(nèi)容有一個直觀的感性認(rèn)識，同時，也對工程實踐的實際應(yīng)用具有預(yù)測和指導(dǎo)作用。

一、單相半波可控整流電路

在工業(yè)生產(chǎn)中，很多負(fù)載呈現(xiàn)電阻特性，如電阻加熱器，電解、電鍍裝置等。帶電阻性負(fù)載單相半波可控整流電路如圖1所示，在晶閘管VT處于斷態(tài)時，電路中無電流，負(fù)載電阻兩端電壓為零，u2全部施加于VT兩端。如在u2正半周VT承受正向陽極電壓期間給VT門極加觸發(fā)脈沖，則VT開通。忽略晶閘管通態(tài)電壓，則直流輸出電壓瞬態(tài)值與u2相等[2]。

二、單相半波可控整流電路仿真

PSIM是趨向于電力電子領(lǐng)域以及電機控制領(lǐng)域的仿真應(yīng)用包軟件。PSIM具有仿真高速、用戶界面友好、波形解析等功能，為電力電子電路的解析、控制系統(tǒng)設(shè)計、電機驅(qū)動研究等有效提供強有力的仿真環(huán)境[3]。

PSIM仿真解析系統(tǒng)，不只是回路仿真單體，還可以和其他公司的仿真器連接，為用戶提供高開發(fā)效率的仿真環(huán)境。例如，在電機驅(qū)動開發(fā)領(lǐng)域，控制部分用MATLAB/Simulink實現(xiàn)，主回路部分以及其周邊回路用PSIM實現(xiàn)，電機部分用電磁界解析軟件JMAG實現(xiàn)，由此進行連成解析，實現(xiàn)更高精度的全面仿真系統(tǒng)。

PSIM 仿真軟件由 PSIM 電路程序、仿真器、SIMVIEW 波形形成過程項目組成，易于安裝、容易掌握，適合于學(xué)生使用[4]。目前，PSIM 軟件在電力電子領(lǐng)域應(yīng)用的相關(guān)文獻(xiàn)較少，本文的研究對 PSIM 的推廣應(yīng)用具有一定的參考價值[5]。

在PSIM環(huán)境下，建立電阻性負(fù)載單相半波可控整流電路的仿真模型如圖2所示。

模型的參數(shù)設(shè)置：仿真時間為0.1s，三相交流電源峰值相電壓為220v，頻率為50hz，電阻性負(fù)載R阻值為，門極觸發(fā)脈沖的參數(shù)頻率為設(shè)置為50hz，與電源頻率相等。當(dāng)觸發(fā)角分別為、、時，電路中電源電源、負(fù)載電壓及電流波形如圖3所示，分析各輸出量平均值如圖4所示。

分析輸出波形圖可知，仿真結(jié)果與理論結(jié)果完全一致，且在仿真軟件中極易得出各觸發(fā)角下變量的平均值，隨著觸發(fā)角增大，輸出電壓及電流的平均值減小。

三、總結(jié)

正確設(shè)置仿真電路的參數(shù)可得出正確的波形，且與理論波形完全一致，同時也能直觀地觀察到不同參數(shù)設(shè)置對輸出波形的影響，具有直觀易懂、圖形顯示良好和改變參數(shù)容易等優(yōu)點，使學(xué)生對電路有更為感性的認(rèn)識，有助于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，也為學(xué)生自主學(xué)習(xí)電力電子技術(shù)提供了一個很好的平臺。

參考文獻(xiàn)

[1]金楠，楊存祥.PSIM軟件在電力電子技術(shù)課程教學(xué)中的應(yīng)用研究[J].中國電力教育，2013（27）：111-112.

[2] 王兆安，劉進軍.電力電子技術(shù)[M]，2017年3月第5版.

[3] 羅如山，陳政石. 基于 PSIM 的“電力電子技術(shù)”仿真教學(xué)研究[J].中國電力教育，2012（27）：85 - 86.

[4] 王耀，吳艷萍. 基于 PSIM 仿真的電力電子課程設(shè)計[J].實驗技術(shù)與管理，2013，12（30）.

[5] 孫成正. 基于 PSIM 三相全控橋式整流電路的仿真研究 [J].安陽工學(xué)院學(xué)報，2014，32（3）.

基金項目：2016年校級教改項目：基于PSIM軟件的電力電子技術(shù)項目式教學(xué)研究與實踐，項目編號：2016xh44。

（作者單位：山東協(xié)和學(xué)院機電工程學(xué)院）