【正文】 諧波概述 ..................................................................................................................... 2 電力電子裝置諧波電流分析 ..................................................................................... 3 忽略換相過程的情形 ...................................................................................... 3 計(jì)及換相過程的情形 ...................................................................................... 9 計(jì)及直流側(cè)電流脈動(dòng)時(shí)的情形 .................................................................... 12 3 電力電子裝置諧波電流的仿真分析 .................................................................................. 15 單相橋式整流電路的仿真 ....................................................................................... 15 單相橋式全控整流電路 ................................................................................ 15 單相橋式半控整流電路 ................................................................................ 16 三相橋式整流電路的仿真 ....................................................................................... 18 三相橋式全控整流電路 ................................................................................ 18 三相橋式半控整流電路 ................................................................................ 19 GUI 界面 ................................................................................................................... 21 結(jié) 論 .................................................................................................................................. 23 致 謝 .................................................................................................................................. 24 參考文獻(xiàn) .................................................................................................................................. 25 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 1 緒論 論文 背景與意義 一個(gè)理想的電力系統(tǒng)是以單一恒定頻率與規(guī)定幅值的穩(wěn)定的電壓供電 [1]。 在此基礎(chǔ)上， 進(jìn)一步 分析 了 三 相 全控 橋式整流電路 在 分別 考慮 換相過程和直流側(cè)電流脈動(dòng)時(shí) 的諧波含量。蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） I 電力電子裝置的諧波分析 摘 要 近幾十年來，由于電力電子裝置的廣泛 應(yīng) 用，公用電網(wǎng)的諧波污染日益嚴(yán)重，由諧波引起的各種故障和事故不斷發(fā)生，如何有效的計(jì)算諧波，檢測諧波，抑制諧波和提高電能質(zhì)量已成為電力系統(tǒng)的一個(gè)研究熱點(diǎn) 。 其次，以 MATLAB/Simulink 軟件 作為仿真平臺， 分別 搭建了單相和三相 橋式 可控整流電路 的 仿真模型 ，分析了在不同 延遲觸發(fā)角時(shí) ，交流側(cè)電流 中的 諧波含量，且將理論計(jì)算數(shù)據(jù)與仿真分析數(shù)據(jù) 進(jìn)行 對比，其誤差在可控范圍內(nèi) 。隨著近幾十年來科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，在電力系統(tǒng)中很多電力設(shè)備的應(yīng)用，出現(xiàn)了大量的非線性負(fù)荷以及供電系統(tǒng)本身存在非線性元件使得電力系統(tǒng)中的電壓波形畸變越來越嚴(yán)重，對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定造成了很大的危害。 論文 研究現(xiàn)狀 有關(guān)電力電子裝置的諧波分析的研究，早期的分析大多忽略交流側(cè)電抗引起的換相過程的影響，以及直流側(cè)電感量不足而引起的直流電源脈動(dòng)的影響，即假定交流側(cè)電抗為零，而直流側(cè)電 感無窮大。 近年來，國內(nèi)外有關(guān)諧波的研究十分活躍，每年都有大量的論文發(fā)表，這一方面說明了這一研究的重要性，另一方面也預(yù)示著這一領(lǐng)域的研究將會(huì)取得重大突破。用MATLAB 軟件 編寫 GUI(Graphical User Interface,用戶圖形界面 )，實(shí)現(xiàn)對諧波分析結(jié)果的可視化輸出。 從電網(wǎng)交流側(cè) 來看，電力電子裝置的輸入端可能是以下幾種電路之一：整流電路，交流調(diào)壓電路，或者周波變 頻 電路 （ 即交 — 交變頻電路 ） 。 式 表示的 正弦波電壓施加在線性無源元件電阻、電感和電容上，其電流和電壓分別為比例、積分和微分 的 關(guān)系，仍為同頻率的正弦波。以上公式及定義均以非正弦電壓為例，對于非正弦電流的情況也完全適用，把 其中的電壓量換成相應(yīng)的電流量即可 。 隨著工程實(shí)際對更精確分析結(jié)果的需求，考慮各種非理想情況的分析方法相繼被提出。并設(shè)電源為 正弦電壓 ： m s i n ( ) 2 s i n ( )e E t E t? ? ? ?? ? ? ? () 其中， Em、 E 分別為 電源電壓的幅值和有效值 ； ? 為觸發(fā)延遲角。 i+id LdRe OuaIdOi?t?tId (a) 電路 (b) 波形 圖 單相全控整流電路及 相應(yīng) 波形 將電流 i 分 解為傅立葉級數(shù)，可得： dd1 , 3 , 5 , 1 , 3 , 5 ,4 1 1( sin sin 3 sin 5 )π 3541= sin 2 sinπ nnni I t t tI n t I n tn? ? ?????? ??? ? ???? ? ? ? ?????? () 其中，基波和各次諧波有效值為： d22πnIIn? ( 1,3,5, )n? ??? () 根據(jù)式 和式 可知，電流中除基波外僅含有奇 數(shù) 次諧波，各次諧波有效值與諧波次數(shù)成反比，且與基波 有效值的比值為諧波次數(shù)的倒數(shù)。 假設(shè)電路已經(jīng)工作在穩(wěn)態(tài)， t? =? 時(shí)刻晶閘管 VT1 加觸發(fā)脈沖，電源電壓經(jīng) VT1 和 VD4 向負(fù)載供電，當(dāng)電源電壓過零變負(fù)時(shí)，因電感作用使電流連續(xù)， VT1 繼續(xù)導(dǎo)通。得出 整流電壓蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 ud、電流 id 及交流側(cè)電流 i 的波形如 圖 (b)所示。 由 式 和 式 可 得到簡單的結(jié)論：電流中除基波外也 含有奇 數(shù) 次諧波，各次諧蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 波的有效值不再與諧波次數(shù)成反比，而是與延遲觸發(fā)角 ? 有關(guān)。設(shè)電源為三相正序平衡電源。 由式 可得電流基波和各次諧波有 效值分別為： 1dd6π6 ( 6 1 1 , 2 , 3 , )πnIII I n k kn? ????? ? ? ? ? ????? ， () 由式 可以得到以下的結(jié)論：電流中僅含有 6k? 1(k 為正整數(shù) )次諧波，各次諧波有效值與諧波次數(shù)成反比，且與基波有效值的比值為諧波次數(shù)的倒數(shù)。當(dāng) ? 不太大，輸出電壓仍連續(xù)時(shí)，共陰極晶閘管需要經(jīng)觸發(fā)脈沖才能導(dǎo)通換相，而共陽極的二極管則在自然換相點(diǎn)處換相。當(dāng) ? ? 60?時(shí)，整流電壓波形不再連續(xù)，由于電感的作用，負(fù)載電流仍為持續(xù)的恒穩(wěn)直流，晶閘管和二極管在 每個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通 180?? ? ，其余時(shí)間為續(xù)流二極管導(dǎo)通以維持負(fù)載電流連續(xù)。設(shè) 60? ???180?， 將圖 (b)所示的電流 ia 分解為傅立 葉級數(shù) ，得到基波和各次諧波有效值的統(tǒng)一表達(dá)式。 ③ 不 控整流電路 三相橋式不控整流電路其實(shí)質(zhì)就是把三相全控橋中的晶閘管全部換成二極管，電路圖如圖 所示。 icid LdRia0eaebecLBV T 1 V T 3 V T 5V T 4 V T 6 V T 2ud 圖 計(jì)及換相過程的三相 橋式全控整流 電路 假設(shè)電源為三相平衡正弦電壓，取 VT6 導(dǎo)通，從 VT5 向 VT1 換相的情況，由于交流側(cè)電感的存在，交流電流不能突變，換相過程 ia 從零增大到 Id，換相完成。 由 式 和 式 可得如下結(jié)論： 交流側(cè) 電流中除 含有 基波外，仍然只含有 61k? (k為正整數(shù) )次諧波 。從圖 可以看出 Dobinson 法的基本思想就是用兩個(gè)正弦波頂上各 60?的波頭部分，疊加在 120?方波上面，來近似代表電流脈動(dòng)的情況 [7]。仍以 a 相電流的正半周為例 ，其表達(dá)式 如下 所示 ： 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 d d dad d dπ0 ( 0 )6π π π7 .4 6 sin ( ) 7 .1 3 1 ( )6 6 2=π π 5 π7 .4 6 sin ( ) 7 .1 3 1 ( )6 2 65 π( π )60tI r t r tiI r t r tt??????????????? ? ? ? ???? ???????? ? ? ? ???? ???? ???? () 對式 進(jìn)行傅立 葉分解，可得： ? ?1 d d1 .1 0 2 + 0 .0 1 4I I r? () dddd6 . 4 6 7 . 1 311 0 0 ( ) ( 1 ) ( 6 1 )1 ( 1 , 2 , 3 , )6 . 4 6 7 . 1 311 0 0 ( ) ( 1 ) ( 6 1 )1knkrr nkn n nIkrr nkn n n? ? ? ? ? ??? ?? ? ????? ? ? ? ? ???? () 若計(jì)算結(jié)果為負(fù)值，則表示相位差 180? ，取其絕對值即可。梯形波的斜邊就是對換相過程的較好近似。 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 Bdπ π π