目錄畢業(yè)設(shè)計論文目錄PAGEII-三相12脈波動整流電路研究摘要分析其三相12脈波整流電路的工作原理，在Matlab/Simulink環(huán)境下搭建了仿真的模型，對相應(yīng)的電路進行輸出特性以及諧波的含量的分析,并與三相6脈波整流電路進行一個對比，最后能得到結(jié)論：多脈波整流電路中輸入電流的反饋電網(wǎng)上的諧波會顯著下降[7]。關(guān)鍵詞：仿真；12脈波整流；諧波含量；目錄TOC\o"1-3"\h\u80130.引言 1202501.三相6脈波整流電路 1291651.1仿真搭建 2290061.2仿真結(jié)果及分析 51.327259總結(jié) 18278682.三相12脈波整流電路 18275802.1仿真搭建 18267582.2仿真結(jié)果及分析 20136852.3總結(jié) 2435173.諧波特性分析 24127963.1三相6脈波整流電路諧波分析 241373.2三相12脈波整流電路諧波分析 26268703.3諧波分析比較 27171054.參考文獻 280.引言隨著整流裝置功率的進一步加大，它所產(chǎn)出的諧波、無功功率等對電網(wǎng)的干擾也隨著加大，為了減小干擾,可以采用三相12脈波整流電路。為了更好的理解12脈波整流電路的拓撲結(jié)構(gòu)及輸出特性，本次畢業(yè)設(shè)計擬對12脈波整流電路進行多延遲角的Matlab仿真，觀察其輸出特性的變化規(guī)律并與三相整流6脈波電路輸出特性進行對比分析。在此基礎(chǔ)上對其諧波進行分析，這對12脈沖整流電路的應(yīng)用及電路改進優(yōu)化具有重要意義[10]。1.三相6脈波整流電路1.1仿真搭建圖1三相6脈波整流電路matlab仿真的模型圖1所示為三相6脈波整流電路matlab仿真的模型。變壓器原邊接三相電網(wǎng)，變壓器副邊給三相6脈波整流電路供電[1]。三相6脈波整流電路由6個晶閘管構(gòu)成[14,15]。圖2三相交流電源參數(shù)的設(shè)置圖2為三相交流電源參數(shù)的設(shè)置，每一相電源的頻率為50Hz，電壓有效值為220V，。三相交流電源的相位差為120°[2,16]。圖3三相變壓器參數(shù)的設(shè)置圖3為三相變壓器參數(shù)的設(shè)置。變壓器變比設(shè)置為1，由于原邊交流電源的頻率為50Hz，因此變壓器的頻率也設(shè)置為為50Hz。原邊交流電源的有效值為220V，所以變壓器副邊的交流電壓有效值也為220V，即三相6脈波整流電路的U2為220V。圖4晶閘管參數(shù)的設(shè)置圖4為晶閘管參數(shù)的設(shè)置，晶閘管的內(nèi)阻設(shè)置為0.001Ω，通態(tài)壓降設(shè)置為0.8V，其他參數(shù)采用系統(tǒng)默認的參數(shù)。對于VT1，可以選擇Showmeasurementport可以測量它的電壓和電流。三相6脈波整流電路上橋臂的晶閘管VT1、VT3、VT5導(dǎo)通時間依次相差120°，下橋臂的晶閘管VT4、VT6、VT2導(dǎo)通時間也依次相差120°，同一橋臂的晶閘管導(dǎo)通時間相差180°，每個晶閘管導(dǎo)通角120°，每隔60°就換一次相[13,17]。圖5晶閘管脈沖發(fā)生器模塊圖5為晶閘管脈沖的發(fā)生器的模塊，模塊端口1為觸發(fā)角；端口二為三相交流電源的相位；端口3為脈沖封鎖端口，輸入為零意味著不封鎖，因此脈沖可以正常發(fā)出。圖6直流側(cè)負載模塊參數(shù)的設(shè)置圖6為直流側(cè)負載模塊參數(shù)的設(shè)置，可以選擇電阻電感電容負載進行組合。由于是直流側(cè)負載，本設(shè)計采用電阻負載或者電阻電感負載。電阻R=2Ω，電感L=10mH。圖7平均值測量模塊參數(shù)的設(shè)置圖7為平均值測量模塊參數(shù)的設(shè)置，由于直流側(cè)是一個基波周期脈動6次，需要對這六次進行平均或者對一個脈動的周期進行平均。圖8powergui模塊參數(shù)的設(shè)置圖8為powergui模塊參數(shù)的設(shè)置，該模塊主要設(shè)置系統(tǒng)仿真運行的算法，如果采用離散的算法，需要設(shè)置離散時間。本文采用離散的算法，離散時間為10us。1.2仿真結(jié)果及分析1、觸發(fā)角α=30°，帶電阻負載R=2Ω的仿真結(jié)果圖9直流側(cè)電壓ud的仿真波形圖9為直流側(cè)電壓ud的仿真波形，在一個周期內(nèi)有6個脈波，仿真結(jié)果驗證了所搭建三相6脈波整流電路的正確性。圖10直流側(cè)電壓ud平均值的仿真波形圖11直流側(cè)電流id的仿真波形圖12直流側(cè)電流id平均值的仿真波形對于三相6脈波整流電路，直流側(cè)電壓ud平均值的計算公式為進一步可得直流側(cè)電流的平均值為圖10為直流側(cè)電壓ud平均值的仿真波形，由圖可以看出其值大約為443.7V，與理論值非常吻合。圖11為直流側(cè)電流id的仿真的波形，由于直流側(cè)負載為電阻，因此電壓與電流的波形形狀相同。圖12直流側(cè)電流id平均值的仿真波形，由圖可以看出其值大約為221.8A，與上文計算出的理論值吻合的很好。圖13變壓器副邊a相電流的仿真波形圖14晶閘管VT1兩端電壓的仿真波形圖15晶閘管VT1電流的仿真波形圖13為變壓器副邊a相電流的仿真波形。當(dāng)晶閘管VT1導(dǎo)通時，變壓器副邊a相電流為正值，與直流側(cè)電流相同；當(dāng)晶閘管VT4導(dǎo)通時，變壓器副邊a相電流為負值，與直流側(cè)電流相反。當(dāng)兩個晶閘管均關(guān)斷時，變壓器副邊a相電流為零[3]。圖14晶閘管VT1兩端電壓的仿真波形。當(dāng)晶閘管VT1導(dǎo)通時，其兩端電壓為零，并且一個基波周期只導(dǎo)通120°。當(dāng)晶閘管VT1關(guān)斷時，其兩端電壓為線電壓較大的片段的組合。仿真結(jié)果與理論值分析一致。圖15為晶閘管VT1電流的仿真波形。當(dāng)晶閘管VT1導(dǎo)通時，其電流和直流側(cè)電流相等，并且一個周期只導(dǎo)通120°，因此波形為兩脈波的形狀，該基波周期的其他時間段內(nèi)，電流為零。2、觸發(fā)角α=60°，帶電阻負載R=2Ω的仿真結(jié)果圖17直流側(cè)電壓ud的仿真波形圖18直流側(cè)電壓ud平均值的仿真波形圖19變壓器副邊a相電流的仿真波形圖20晶閘管VT1兩端電壓的仿真波形圖21晶閘管VT1電流的仿真波形圖17至圖21為觸發(fā)角α=60°，帶電阻負載R=2Ω的仿真結(jié)果。圖17為直流側(cè)電壓ud的仿真波形，可以看出觸發(fā)角α=60°為直流側(cè)電壓連續(xù)和斷續(xù)的臨界點[4]。直流側(cè)電壓ud平均值的計算結(jié)果為圖18為直流側(cè)電壓ud平均值的仿真波形，由圖可知其值為254.7V，與理論值一致。圖19為變壓器副邊a相電流的仿真波形，圖20為晶閘管VT1兩端電壓的仿真波形，圖21為晶閘管VT1電流的仿真波形。3、觸發(fā)角α=90°，帶電阻負載R=2Ω的仿真結(jié)果圖22直流側(cè)電壓ud的仿真波形圖23直流側(cè)電壓ud平均值的仿真波形圖24變壓器副邊a相電流的仿真波形圖25晶閘管VT1兩端電壓的仿真波形圖26晶閘管VT1電流的仿真波形圖22至圖26為觸發(fā)角α=90°，帶電阻負載R=2Ω的仿真結(jié)果。圖22為直流側(cè)電壓ud的仿真波形當(dāng)觸發(fā)角增大到90°時，直流側(cè)電壓以及出現(xiàn)了斷續(xù)現(xiàn)象。直流側(cè)電壓平均值的計算結(jié)果為圖23為直流側(cè)電壓ud平均值的仿真波形，其值約為67.6V，與理論值計算一致。圖24為變壓器副邊a相電流的仿真波形，圖25為晶閘管VT1兩端電壓的仿真波形，圖26為晶閘管VT1電流的仿真波形[5]。4、觸發(fā)角α=30°，帶阻感負載R=2Ω，L=10mH的仿真結(jié)果圖27直流側(cè)電壓ud的仿真波形圖28直流側(cè)電壓ud平均值的仿真波形圖29直流側(cè)電壓id的仿真波形圖30直流側(cè)電壓id平均值的仿真波形圖31變壓器副邊a相電流的仿真波形圖32晶閘管VT1兩端電壓的仿真波形圖33晶閘管VT1電流的仿真波形圖27至圖33為觸發(fā)角α=30°，帶阻感負載R=2Ω，L=10mH的仿真結(jié)果。圖27為直流側(cè)電壓ud的仿真波形，圖28為直流側(cè)電壓ud平均值的仿真波形。由于直流電壓并未出現(xiàn)斷續(xù)，因此電壓波形以及電壓的平均值均與純電阻負載時相同。圖29為直流側(cè)電壓id的仿真波形由于大電感的存在，電流的波形不再與電壓波形一樣，電流波動明顯減小。圖30為直流側(cè)電壓id平均值的仿真波形，由于直流側(cè)電壓的平均值不變，電阻不變，因此電流的平均值不變[5]。圖31為變壓器副邊a相電流的仿真波形，圖32為晶閘管VT1兩端電壓的仿真波形，圖33為晶閘管VT1電流的仿真波形。5、觸發(fā)角α=90°，帶阻感負載R=2Ω，L=10mH的仿真結(jié)果圖34直流側(cè)電壓ud的仿真波形圖35直流側(cè)電壓ud平均值的仿真波形圖36直流側(cè)電壓id的仿真波形圖37變壓器副邊a相電流的仿真波形圖34為直流側(cè)電壓ud的仿真波形，由圖可以看出，由于大電感的續(xù)流作用，晶閘管導(dǎo)通的時間增加，導(dǎo)致直流側(cè)電壓出現(xiàn)負值的現(xiàn)象。圖35為直流側(cè)電壓ud平均值的仿真波形，由于直流側(cè)電壓出現(xiàn)負值，與圖23相比，直流電壓的平均值減小。圖36為直流側(cè)電壓id的仿真波形，圖37為變壓器副邊a相電流的仿真波形，與圖24相比，電流基本上沒有斷續(xù)的現(xiàn)象。1.3總結(jié)本章主要介紹了如何搭建三相6脈波整流電路的matlab仿真模型，以及在多延遲角下的電壓電流波形。首先介紹了三相6脈波電路的整體仿真的模型圖以及各個模塊設(shè)置情況。隨后分別給出了觸發(fā)角α=30°、α=60°、α=90°的帶電阻負載R=2Ω的仿真結(jié)果以及觸發(fā)角α=30°、α=90°，帶阻感負載R=2Ω，L=10mH的仿真結(jié)果。對直流側(cè)電壓的波形、直流側(cè)電壓的平均值與理論值、晶閘管的電壓電流波形以及變壓器二次側(cè)的電流波形進行了分析。仿真的結(jié)果和理論的分析具有高度一致性，驗證了所搭建仿真的正確性[6]。三相12脈波整流電路2.1仿真搭建圖112脈波整流電路的matlab仿真模型圖1為三相12脈波整流電路的matlab仿真模型。該電路為兩個三相6脈波整流電路并聯(lián)構(gòu)成，變壓器采用三繞組變壓器，副邊分別采用星型和三角形接法，副邊的三角形繞組是星形繞組匝數(shù)的倍[7]。由于副邊為三角形繞組的線電壓相位超前星形繞組的相電壓30°，因此兩組三相6脈波整流電路的六脈波相差30°，構(gòu)成一個周期12脈波的電路。圖2三繞組變壓器參數(shù)的設(shè)置圖2為三繞組變壓器參數(shù)的設(shè)置，變壓器的頻率為50Hz，線電壓有效值為380V，三繞組的變比均為1。該變壓器副邊的線電壓有效值與三相6脈波整流電路一致，便于比較兩個電路的特性。圖3三相6脈波晶閘管參數(shù)的設(shè)置圖3為三相6脈波晶閘管參數(shù)的設(shè)置，晶閘管的橋臂數(shù)選擇3，兩個晶閘管模塊參數(shù)一致，其他參數(shù)采用默認值。圖4阻感負載模塊參數(shù)的設(shè)置圖4為阻感負載模塊參數(shù)的設(shè)置，為了更好的比較并聯(lián)多重聯(lián)結(jié)的12脈波整流電路與三相6脈波整流電路的不同，該負載模塊的設(shè)置與上文相同。該電路的輸出側(cè)接有平衡電抗器，平波電抗器不僅可以用來平衡兩組三相6脈波整流器的輸出電流，還可以抑制內(nèi)部環(huán)流。雖然兩組整流器的直流側(cè)電壓平均值相等，但是瞬時值不相等，存在30°相位角的差別[8]。會導(dǎo)致兩者的直流側(cè)電壓不可能瞬時值相等，因此會產(chǎn)生內(nèi)部環(huán)流。不過一般情況下平衡電抗器的感值均比較大，可以有效的抑制環(huán)流。平衡電抗器也是并聯(lián)多重聯(lián)結(jié)的12脈波整流電路的一個重要組成成分。2.2仿真結(jié)果及分析1、觸發(fā)角α=30°，帶阻感負載R=2Ω，L=10mH的仿真結(jié)果圖5直流側(cè)電壓ud的仿真波形圖5為直流側(cè)電壓ud的仿真波形，可以看出在一個基波周期內(nèi)直流側(cè)電壓波動12次，每一次脈沖時間為30°的基波周期。這是由于兩個三相6脈波整流電路的直流側(cè)電壓是六脈波，并且角度互差30°，從而拼接形成12脈波[14]。仿真波形和理論分析一致，驗證了所搭建的并聯(lián)多重聯(lián)結(jié)的12脈波整流電路的正確性。圖6直流側(cè)電壓ud平均值的仿真波形圖6為直流側(cè)電壓ud平均值的仿真波形，可以看出其值大約在445.2V左右，與上一章圖13所示的三相6脈波整流電路基本一致。這是由于兩個三相6脈波整流電路是并聯(lián)關(guān)系，主要是分流作用，可以將該12脈波變換器運行在更大電流的工況下，而并不會提高直流側(cè)電壓的平均值[9]。圖7兩個三相6脈波電路直流側(cè)電壓ud1和ud2的仿真波形圖7為兩個三相6脈波電路直流側(cè)電壓ud1和ud2的仿真波形，可以看出兩個波形均與上文三相6脈波整流電路在相同工況下的直流側(cè)電壓一致。圖8兩個三相6脈波電路直流側(cè)電流id1和id2的仿真波形圖8所示為兩個三相6脈波電路直流側(cè)電流id1和id2的仿真波形，可以看出每個三相6脈波整流電路流過的電流減小為上一章圖12所示的直流側(cè)電流的一半。仿真結(jié)果與理論分析吻合。圖9變壓器原邊網(wǎng)側(cè)a相電流波形圖9所示為變壓器原邊網(wǎng)側(cè)a相電流，可以看出電流的形狀更接近正弦波，其諧波成分大大減小。2、觸發(fā)角α=60°，帶阻感負載R=2Ω，L=10mH的仿真結(jié)果圖10直流側(cè)電壓ud的仿真波形圖11直流側(cè)電壓ud平均值的仿真波形圖12兩個三相6脈波電路直流側(cè)電壓ud1和ud2的仿真波形圖13變壓器副邊網(wǎng)側(cè)a相電流波形圖10至圖13為觸發(fā)角α=60°，帶阻感負載R=2Ω，L=10mH的仿真結(jié)果。其中圖10為直流側(cè)電壓ud的仿真波形，圖11為直流側(cè)電壓ud平均值的仿真波形，可以看出其值大小與上文在相同條件下，三相6脈波整流電路的直流側(cè)電壓大小一致。圖12所示為兩個三相6脈波電路直流側(cè)電壓ud1和ud2的仿真波形，圖13所示為變壓器原邊網(wǎng)側(cè)a相電流波形。這行波形的分析方法與上文一致，這里不再贅述。2.3總結(jié)本章首先搭建了并聯(lián)多重聯(lián)結(jié)的12脈波整流電路的matlab仿真模型，并對關(guān)鍵的模塊進行了設(shè)置，為了方便比較，三相交流電源以及變壓器和負載均與三相6脈波整流的電路一致。接著觸發(fā)角α=30°、α=60°，帶阻感負載R=2Ω，L=10mH的仿真結(jié)果，并與三相6脈波整流電路進行比較。闡述了兩個三相6脈波整理電路如何工作形成并聯(lián)多重聯(lián)結(jié)的12脈波整流電路。仿真結(jié)果與理論分析具有很好的一致性，驗證了所搭建仿真的正確性。諧波特性分析對電網(wǎng)而言，晶閘管整流電路其實是一個諧波源，因為開關(guān)器件的非線性以及電路工作過程會導(dǎo)致變壓器一次側(cè)即與電網(wǎng)相連那一側(cè)的電流存在大量諧波。三相6脈波整流電路的電網(wǎng)側(cè)電流在一個基波周期導(dǎo)通240°，正負均為120°的方波，因此電網(wǎng)電流中存在大量諧波[12]。3.1三相6脈波整流電路諧波分析 圖1三相6脈波整流電路網(wǎng)側(cè)a相電流波形圖1所示為三相6脈波整流電路網(wǎng)側(cè)a相電流波形，仿真條件為α=0°，帶阻感負載R=2Ω，L=10mH。對于三相6脈波整流電路的電流基波I1和各次諧波In的有效值分別為式中Id為直流側(cè)電流的平均值，n=6k±1，k=1，2，3，…。因此，對于三相6脈波整流電路，電流中僅含有6k±1(k為正整數(shù))次諧波，并且各次諧波的有效值與其諧波次數(shù)成反比，即諧波次數(shù)越高，其有效值越小。圖2三相6脈波整流電路網(wǎng)側(cè)a相電流的FFT分析結(jié)果圖2所示為三相6脈波整流電路網(wǎng)側(cè)a相電流的FFT分析結(jié)果，由圖可以看出基本電流的幅值為300.9A，諧波主要集中在5次、7次、11次、13次、17次、19次諧波等等，并且諧波次數(shù)越高，諧波的幅值越小[18]。這與上文的理論分析一致，再次證明了三相6脈波整流電路仿真的正確性。3.2三相12脈波整流電路諧波分析 圖3并聯(lián)多重聯(lián)結(jié)的12脈波整流電路網(wǎng)側(cè)a相電流波形圖3所示為三相12脈波整流電路網(wǎng)側(cè)a相電流波形，仿真條件為α=0°，帶阻感負載R=2Ω，L=10mH。由圖可以看出此電流波形比三相6脈波整流電路a相電流波形更加接近正弦波。對于并聯(lián)多重聯(lián)結(jié)的12脈波整流電路的電流基波I1和各次諧波In的有效值分別為式中Id為直流側(cè)電流的平均值，n=12k±1，k=1，2，3，…。因此，對于三相6脈波整流電路，電流中僅含有12k±1(k為正整數(shù))次諧波，并且各次諧波的有效值與其諧波次數(shù)成反比，即諧波次數(shù)越高，其有效值越小[20]。圖4并聯(lián)多重聯(lián)結(jié)的12脈波整流電路網(wǎng)側(cè)a相電流FFT分析結(jié)果圖4所示為并聯(lián)多重聯(lián)結(jié)的12脈波整流電路網(wǎng)側(cè)a相電流FFT分析結(jié)果，由圖可以看出基本電流的幅值為304.2A，諧波主要集中在11次、13次、23次、25次、35次、37次諧波等等，并且諧波次數(shù)越高，諧波的幅值越小[11,19]。這與上文的理論分析一致，再次證明了并聯(lián)多重聯(lián)結(jié)的12脈波整流電路仿真的正確性。3.3結(jié)論本章主要在相同的仿真參數(shù)條件下，對三相6脈波整流電路網(wǎng)側(cè)a相電流波形以及12脈波整流電路網(wǎng)側(cè)a相電流波形進行了FFT分析。兩者的電流有效值計算公式相等，但是并聯(lián)多重聯(lián)結(jié)的12脈波整流電路網(wǎng)側(cè)電流的諧波次數(shù)以及諧波含量遠小于三相6脈波整流電路網(wǎng)側(cè)電流。仿真結(jié)果與理論分析的高度一致，有效的驗證了本文所搭建仿真的正確性。參考文獻王吉校.基于移相電抗器的三相無源PFC整流電路的Matlab仿真[J].電氣應(yīng)用,2007,(11):61-64.曲昀卿.基于MATLAB的整流電路的建模與仿真[J].裝備制造技術(shù),2012,(7):327-328.朱明麗.整流電路換相剖析[J].電子產(chǎn)品世界,2014,(10):53-55.公岷.晶閘管弧焊整流數(shù)字控制設(shè)計[J].電焊機,2014,(10):76-79,89.熊輝.等效36脈波多重化整流的NPC/H橋逆變器研究[D].江蘇大學(xué),2009.王楠.飛輪儲能系統(tǒng)放電模式下的非線性控制算法[J].中國電機工程學(xué)報,2013,(19):1-7.彭毅.基于反饋解耦控制的鏈?zhǔn)絊TATCOM研究[J].電源技術(shù),2014,(12):2415-2417,2432.高朝暉.帶均衡電抗器12脈波變壓整流器仿真模型的