【導(dǎo)讀】電能質(zhì)量已成為電力系統(tǒng)的一個(gè)研究熱點(diǎn)。因此，對(duì)電力電子裝置進(jìn)行諧波分析具有重。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。論計(jì)算數(shù)據(jù)與仿真分析數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，其誤差在可控范圍內(nèi)。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。

　　

【正文】 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。 alpha_de 為觸發(fā)延遲角 ， 本次 仿真設(shè) ? =30?。 C o n t i n u o u sp o w e r g u ii+idi+iagABC+U n i v e r s a l B r i d g ev+Udv+U c aUcv+U b cU b v+U a bUaS c o p eRL0C o n s t a n t 130C o n s t a n ta lp h a _d e gABBCCAB lo c kp u ls e s6 P u l s e 圖 單相 全控整流橋電路仿真模型 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 對(duì)模型仿真 ， 整流輸出電壓 如 圖 所示， 與單相 橋式 全控整流電路仿真相似，直流側(cè)電流在 左右達(dá)到平衡， 取圖 所示的一個(gè)周期的交流側(cè)電流波形，進(jìn)行 傅立葉級(jí)數(shù)分析 ，得到如圖 所示的 基波和各次諧波有效值示意圖 。 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。 三相 橋式 半 控整流電路 根據(jù)圖 (a)所示的三相 橋式 半控整流電路 ， 搭建的 仿真模型如圖 所示， 仍然設(shè) 圖中 電源為工頻三相平衡電源，電壓有效值值為 220V， 負(fù)載： R=1? ， L=， 同步 6 脈沖設(shè)置與三相 橋式 全控整流電路仿真相同。三相 橋式 半控整流電路一個(gè)周期需要3 個(gè)脈沖，用多路選擇器 Selector 選擇第 5 路脈沖，控制晶閘管的導(dǎo)通，觸發(fā)延遲角 ? =60?。 對(duì) 圖 所示的 模型仿真 ， 輸出的整流電壓如圖 所示 ， 從圖中可以看出，輸出電壓波形連續(xù)。當(dāng) 延遲 觸發(fā)角 ? 再增大時(shí)，輸出電壓波形 就 不再連續(xù)。 直流側(cè)電流在 左右達(dá)到平衡， 取 開始的一 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 。 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 C o n t i n u o u sp o w e r g u ii+idi+iav+Udv+U c aUcv+U b cUbv+U a bUag akT h 3g akT h 2g akT h 1U U ( E )S e l e c t o rS c o p eRLDi3Di2Di10C o n s t a n t 160C o n s t a n ta lp ha _d e gABBCCAB lo c kp uls e s6 P u l s e 圖 三 相 半控整流橋電路仿真模型 0 0 . 0 1 0 . 0 2 0 . 0 3 0 . 0 4 0 . 0 5 0 . 0 602 0 04 0 06 0 0t / su/V 圖 當(dāng) =60? ? 時(shí)的整流輸出電壓波形 0 . 9 0 . 9 0 5 0 . 9 1 0 . 9 1 5 4 0 0 2 0 002 0 04 0 0t/ si/A0 . 9 2 11520152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 可以明顯的看出，交流側(cè)電流中 含有 3 的倍數(shù)次諧波 含量非常小 。仿真分析得出各次諧波有效值的大小如表 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 。根據(jù)式 ，計(jì)算出三相 橋式 半控整流電路交流側(cè)基波和各次諧波有效值如表 所示。 表 仿真數(shù)據(jù)與計(jì)算結(jié)果比較 基波和諧波 仿真 值 (A) 計(jì)算 值 (A) 基波和諧波 仿真 值 (A) 計(jì)算 值 (A) DC h11 Fund h12 h2 h13 h3 h14 h4 h15 h5 h16 h6 h17 h7 h18 h8 h19 h9 h20 — h10 由 表 可知，理論 計(jì)算 數(shù)據(jù) 與仿真 分析 相符合 。 說明 式 的推導(dǎo)是正確的。 GUI 界面 MATLAB 圖形用戶接口開發(fā)環(huán)境提供了一系列工具用于建立 GUI 界面 [12]，這些工具極大簡化了設(shè)計(jì)和建立 GUI 的過程。本文使用該軟件建立一個(gè)簡單的諧波電流計(jì)算界面，實(shí)現(xiàn)了諧波分析結(jié)果的可視化輸出。 界面有三個(gè)數(shù)據(jù)輸入窗口，分別輸入的是直流側(cè)電流平均值、延遲觸發(fā)角、諧波次數(shù)，界面可以選擇單相或三相 整流電路 ，工作方式可選擇為不控、半控或全控這幾種狀態(tài)，如圖 所示。 圖 界面輸入窗口 截圖 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 輸出的是該次諧波的有效值 。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。 圖 GUI 界面 截圖 圖 界面退出 提示按鈕截圖 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 結(jié) 論 本文 采用傅立葉級(jí)數(shù) 方法 分析 推導(dǎo)了橋式整流電路在不同的工作條件下 交流側(cè)電流的諧波含有情況 ，并在此基礎(chǔ)上 研究了 三相 橋式 全控整流在考慮換相過程以及直流側(cè)脈動(dòng)時(shí)的交流電路諧波含量 。 并通過仿真驗(yàn)證了理論分析推導(dǎo)的正確性 。 主要的結(jié)論 和成果 如下： (1) 理論分析得出的橋式整流電路交流電流諧波計(jì)算表達(dá)式，有部分是在理想的條件下推導(dǎo)出來的，與實(shí)際有一定的誤差 。 在考慮換相 和直流側(cè)電流脈動(dòng)時(shí) 推導(dǎo)出的諧波計(jì)算表達(dá)式具有較高的精確度。 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，但無法寫出結(jié)果的解析表達(dá)式，無法反映交流側(cè)電流諧波與電路參數(shù)關(guān)系的規(guī)律 。 (2) 根據(jù) 理論 與仿真分析 可得 ， 橋式整流電路對(duì)于網(wǎng)側(cè)相當(dāng)于一個(gè)包含高次諧波的電流諧波源 ， 其中 單相 橋式 半控整 流電路交流側(cè)諧波電流含量比相應(yīng)的全控整流電路減少許 多 。 相反，三相 橋式 半控整流電路比相應(yīng)的全控整流電路交流側(cè)諧波 含量 明顯增加。 (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。 (4) 對(duì)推導(dǎo)得出的諧波電流表達(dá)式， 設(shè)計(jì)編寫 了可視化界面 GUI， 實(shí)現(xiàn)了 諧波電流的可視化輸出。 需進(jìn)一步研究的問題： (1) 本文在考慮換相過程和直流脈動(dòng)時(shí)只分析了三相 橋式 全控整流電路，可分析其他幾種橋式整流電路在該條件下的交流電流諧波含量情況。 (2) 仿真分析可模擬 考慮 換相過程和直流脈動(dòng)情況，提高諧波 仿真分析 的精確度。 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 致 謝 本 設(shè)計(jì)（ 論文 ） 的工作是在我的導(dǎo)師 XXX 老 師， 研究生 XXX 學(xué)姐 細(xì)心 的 幫助下完成的 。 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 。 論文的選題， 搜集資料，內(nèi)容提綱的編寫，理論分析、仿真 分析 ， 界面的編寫過程 研究生 XXX 都給了我細(xì)心的指導(dǎo)，在此表示深深的謝意。 在 圖書館查找資料時(shí)，圖書館的老師也給了我很多 方便 ，在此向幫助和指導(dǎo)過我的各位老師表示衷心的感謝 ！ 感謝這篇設(shè)計(jì)所涉及到的各位學(xué)者。本文引用了數(shù)位學(xué)者的研究文獻(xiàn)，如果沒有各位學(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)。 感謝我的同學(xué) 、 朋友 和 806 實(shí)驗(yàn)室的各位學(xué)長學(xué)姐 ，在我設(shè)計(jì)過程中給予我很多 資料和建議 ，還在論文的撰寫和排版過程中提供熱情的幫助。 由于我的學(xué)術(shù) 水平 有限，所寫論文難免有 錯(cuò)誤和 不足之處，懇請(qǐng)各位老師和同學(xué)批評(píng)和指正。 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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