【正文】 本文引用了數(shù)位學(xué)者的研究文獻(xiàn)，如果沒(méi)有各位學(xué)者的研究成果的幫助和啟發(fā)，我將很難完成本篇設(shè)計(jì)。 (3) 用 Dobinson法和 GrahamSchonholzer法 推導(dǎo)出了 三相 橋式 全控整流電路 諧波電流表達(dá)式 ，可 知 在非理想條件下，交流側(cè)電流諧波次數(shù)與理想條件下的是完全相同的，諧波 含量 不同。界面還提供幫助文檔和 退出 提示按鈕， 整 體界面如圖 所示， 關(guān)閉提示按鈕如圖 所示。在三相 橋式 半控整流電路中，輸出直流 側(cè)電壓平均值為： d = (1 c os )UE ?? () 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 負(fù)載電流平均值用式 計(jì)算，根據(jù)仿真已知電源電壓 E=220V， R=1? ， ? =60?，代入 式 計(jì)算可得 負(fù)載平均電流 d=344AI 。 0 . 0 1 0 . 0 1 5 0 . 0 2 0 . 0 2 5 0 . 0 3 0 . 0 3 5 0 . 0 42 5 03 0 03 5 04 0 04 5 05 0 05 5 0t / su/V 圖 當(dāng) =30? ? 時(shí)的整流輸出電壓波形 0 . 9 0 . 9 0 5 0 . 9 1 0 . 9 1 5 0 . 9 2 5 0 005 0 0t/ si/A 1152023諧波次數(shù)基波和各次諧波有效值(A) 圖 交流側(cè)電流一個(gè)周期的波 形 圖 諧波分析結(jié)果 由圖 ，交流側(cè)電流除含有基波且含有 6k ? 1(k為正整數(shù) )次諧波 ，這與式 分析的結(jié)果相符合。 單相 橋式半控 整流電路計(jì)算輸出 整流 電壓 平均值 公式 為： + πd 1= 2 s in d ( ) = 0 . 9 c o sπU E t t E?? ? ? ?? () 則負(fù)載電流平均值為： dd=UI R () 根據(jù)仿真 模型 可 知電源電壓 E=220V， R=1 ? ， ? =45?，代入式 和 式 計(jì)算得 ：d 0 .9 c o s= 1 6 9 AEI R ? ? 將已知條件和 上面計(jì)算的 dI 代入式 中， 分別計(jì)算 出 基波和各次諧波有效值， 結(jié)果 如 表 所示 。 單相 橋式 半 控整流電路 由 圖 (a)所示的電路 ，單相 橋式 半控 整流電路的仿真模型如圖 所示 。 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 3 電力電子裝置諧波 電流 的仿真分析 根據(jù) 第 2 章的 理論 分析，推導(dǎo)出了橋式整流電路在各種情況下的基波和各次諧波有效值的 計(jì)算公式 。 ? tIdIBΔ iπ6?? 圖 計(jì)及換相過(guò)程和電流脈動(dòng)時(shí)的電流波形 為了表達(dá)方便，引入換相末電流 IB 這個(gè)量。 Idπ6 π2 5π6π 2π0Δ i? tia 圖 計(jì)及直流側(cè)脈動(dòng)時(shí)三相全控整流電 流 波形 另外，引入電流紋波比 dr 這個(gè)參數(shù)來(lái)表示電流 脈動(dòng)的程度。此過(guò)程如圖 所示，以觸發(fā)延遲角 ? 處為時(shí)間零點(diǎn)，則有： ambmcmπ π= sin( ) = 2 sin( )6611= sin( π ) = 2 sin( π )2255= sin( π ) = 2 sin( π )66e E t E te E t E te E t E t? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ???? ? ? ? ???? ? ? ? ??? ? ta bb c b a c a c b a b a ca cω t = 0 eee eeeee? tIdia0ud??? 圖 計(jì)及換相過(guò)程的三相 橋式 全控整流波形 換相過(guò)程應(yīng)滿足如下方程 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 caB a c Ba c ma c dcddd=dd= 3 s i n( ) 6 s i n( )( 0 )iiL e Ltte E t E ti i IiI? ? ? ?? ????? ? ??? ??????? () 求解 式 的 方程 組， 可以 得出： ? ?? ?aBcdB6= c o s c o s( )26= c o s c o s( )2EitXEi I tX? ? ?? ? ?? ?????? ? ? ??? () 其 中 ， BX 為 交流側(cè)電抗， BB=XL? 。 1d2 πs in 1 ( 1 ) c o s ( 3 , 1 , 2 , 3 )π 3 nn I nI n n k kn ??? ? ? ? ? ??? () 令 n=1，代入式 可得基波和各次諧波電流有效值為： d11d3 1 + c o sπ2 πsin 1 ( 1 ) c o s ( 3 , 1 , 2 , 3 )π 3nnIII nI n n k kn???? ????? ? ? ? ? ? ????? () 當(dāng)計(jì)算出的諧波電流為負(fù)值時(shí)，取其絕對(duì)值即可。如果負(fù)載電感足夠大，電流為恒穩(wěn)直流 ， 其情況與全控橋時(shí)相似，各相電流正負(fù)半波各為 120?，但正負(fù)半波間隔不再是 60?，而是 60?? ? 與 60?+ ? 。得到 整流電壓和交流側(cè) a 相 電流波形如圖 所示。 可以看出，其交流側(cè)電流的波形 只與觸發(fā)延遲角 ? 有關(guān)。 ② 半控整流電路 仍然假設(shè)交流側(cè)電抗為零，而直流電感為無(wú)窮大，單相 橋式 半控整流電路如圖 (a)所示。最初是考慮換相過(guò)程的影響，后來(lái)是計(jì)及直流側(cè)電流脈動(dòng)的情況，一直到將換相過(guò)程和電流脈動(dòng)一起考慮，精確度越來(lái)越高，分析時(shí)所需的電路參數(shù)和已知條件也越來(lái)越多。但當(dāng)正弦波電壓施加在非線性的電力電子裝置 上時(shí)，電流就變?yōu)榉钦也?，非正弦電流在電網(wǎng)阻抗上產(chǎn)生壓降，會(huì)使電壓波形也變?yōu)榉钦也ā? 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 2 電力電子裝置諧波 電流的理論 分析 電力電子裝置已成為電力系統(tǒng)中的主要諧波源 之一 ，而且消耗大量的無(wú)功功率。這樣交流側(cè)電流即為方波或階梯波，波形簡(jiǎn)單，分析所得的結(jié)論清晰易記，直到現(xiàn)在仍被廣泛采用。 結(jié)果表明， 采用仿真工具，驗(yàn)證了本文理論分析的正確性。 首先， 本文 從理論上 對(duì) 帶阻感負(fù)載的 橋式整流 電路 進(jìn)行諧波分析， 主要包括單相 和三相橋式 全控、半控和不控 整流電路 ， 推導(dǎo) 其 在忽略換相過(guò)程和直流側(cè)電流脈動(dòng)時(shí) 交流側(cè)電流中基波和各次諧波有效值的表達(dá)式 。 有關(guān)諧波問(wèn)題的研究 可以劃分為以下四個(gè)方面： 一、 與諧波有關(guān)的功率定義和功率理論的研究； 二、 諧波分析以及諧波影響和危害的分析； 三、 諧波的補(bǔ)償和抑制； 四、與諧波有關(guān)的測(cè)量問(wèn)題和限制諧波的標(biāo)準(zhǔn)的研究。在此基礎(chǔ)上，以三相 橋式全 控整流電路為例，分析在考慮換相過(guò)程和直流側(cè)電流脈動(dòng)時(shí) 的 諧波 電流 含量情況。 諧波 概述 在 供 、 用電 系統(tǒng)中 ，通常總是希望交流電壓和交流電流呈正弦波形。早期的分析大多忽略交流側(cè)電抗引起的換相過(guò)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 為無(wú)窮大。得到整流電壓 ud、電流 id 及交流側(cè)電流 i 的波形如圖 (b)所示。此階段， ud =0，不像全控橋電路出現(xiàn) ud 為負(fù)的情況 。 i+id LdRe 圖 單相 不控整流電路 該電路實(shí)際上就是單相全控整流電路在 ? =0?時(shí)的工作狀態(tài)，根據(jù)式 可知，交流側(cè)電流諧波含量與延遲觸發(fā)角 ? 無(wú)關(guān)，則可以得出單相 橋式 不控整流電路的交流側(cè)電流基波和各次諧波有效值與單相 橋式 全控整流電路的相同，表達(dá)式如下所示： 1dd22π22 ( 1 , 3 , 5 , )πnIII I nn? ????? ? ? ????? (2) 三相橋式整流電路 ① 全控整流電路 忽略換相過(guò)程和電流脈動(dòng)時(shí)阻感負(fù)載的三相橋式整流電路如圖 所示。為控制方便，共陰極組采用晶閘管，共陽(yáng)極采用二極管。 a 相電流正、負(fù)半波均是底為 180?? ? ，高為 Id 的方波，正、負(fù)半波間隔分別為 ?? 60?與 +? 60?，整流電壓和直流側(cè)電流波形如圖 (b)所示。本 文 以三相 橋式 全控 整流電路為 例 進(jìn)行 分析推導(dǎo) 。這里又分為是否忽略換相過(guò)程這兩種情況，以下將以三相橋式 全控 整流電路為例，分別 推導(dǎo)一種近似計(jì)算交流側(cè)電流 諧波的 公式 。 (2) 計(jì)及換相過(guò)程 — GrahamSchonholzer 法 GrahamSchonholzer 法是在 Dobinson 法的基礎(chǔ)上，再 考慮 換相過(guò)程后提出來(lái)的 [8]。 BB2π πsin sin c o s22 3 2 6ππ /2 1 sin( )32nnn n nrgII n????????????? () 其中， n=1 或 n=6k? 1， k 為正整數(shù)。 取 開(kāi)始的一個(gè)周期的交流側(cè)電流波形如圖 所示 ， 用 powergui 分解為傅立 葉級(jí)數(shù) ，得到 基波和各次諧波有效值 如圖 所示 。 該仿真模型負(fù)載為大電感負(fù)載， 直流側(cè) 電流在 1s 左右 才 達(dá)到平衡， 對(duì) 交流側(cè) 電流進(jìn)行 諧波分析時(shí)， 取 開(kāi)始的一個(gè)周期的 電流，如 圖 所示， 它是一個(gè)階梯方波，蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 用 powergui模塊進(jìn)行 傅立葉 級(jí)數(shù)分解 ，得到如圖 所示的 交流側(cè) 諧波電流有效值頻譜圖。用同步 6 觸發(fā)脈沖給三相 橋式 全控整流電路輸入脈沖， Block 輸入為 0，表示 該裝置 輸出脈沖。 直流側(cè)電流在 左右達(dá)到平衡， 取 開(kāi)始的一 個(gè)周 期的交流側(cè)電流波形， 如圖 所示， 進(jìn)行 傅立葉 分解，得到 的 三相 橋式 半控整流電路交流側(cè)電流的 基波和各次諧波有效值如圖 所示 。本文使用該軟件建立一個(gè)簡(jiǎn)單的諧波電流計(jì)算界面，實(shí)現(xiàn)了諧波分析結(jié)果的可視化輸出。 利用計(jì)算機(jī)仿真，可以得到確定數(shù)值下的交流側(cè)電流的確切波形，得到交流側(cè)諧波電流的 真實(shí) 解，但無(wú)法寫(xiě)出結(jié)果的解析表達(dá)式，無(wú)法反映交流側(cè)電流諧波與電路參數(shù)關(guān)系的規(guī)律 。 X 老師 嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和 細(xì)致的工作方法給了我極大的幫助和影響，并 指導(dǎo) 完成了論文 。 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 參考文獻(xiàn) [1] 王兆安 ,楊軍 ,劉進(jìn)軍等 .諧波抑制和無(wú)功功率補(bǔ)償 (第二版 )[M].北京 :機(jī)械工業(yè)出版社 ,20xx:178. 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