用simulink對三相橋式全控整流電路仿真和諧波分析

1、新能源與動(dòng)力工程學(xué)院用simulink對三相橋式全控整流電路仿真和諧波分析 專業(yè)電力工程與管理 班級電力工程與管理1101 姓名李寧軍 學(xué)號201110844 指導(dǎo)教師董海燕2014年 11 月2日用simulink對三相橋式全控整流電路仿真和諧波分析摘要：隨著社會(huì)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，整流電路在自動(dòng)控制系統(tǒng)、測量系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)等領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛。常用的三相整流電路有三相橋式不可控整流電路、三相橋式半控整流電路和三相橋式全控整流電路，由于整流電路涉及到交流信號、直流信號以及觸發(fā)信號，同時(shí)包含晶閘管、電容、電感、電阻等多種元件，采用常規(guī)電路分析方法顯得相當(dāng)繁瑣，高壓情況下實(shí)驗(yàn)也難順利進(jìn)行

2、。Matlab提供的可視化仿真工具可直接建立電路仿真模型，隨意改變仿真參數(shù)，并且立即可得到任意的仿真結(jié)果，直觀性強(qiáng)，進(jìn)一步省去了編程的步驟。本文利用Simulink對三相橋式全控整流電路進(jìn)行建模，對不同控制角、負(fù)載情況下進(jìn)行了仿真分析，既進(jìn)一步了解三相橋式全控整流電路的工作原理，同時(shí)進(jìn)行了FFT諧波分析，這對于評估電力電子裝置對電網(wǎng)的危害和影響有非常重要的作用。對三相橋式全控整流電路交流側(cè)產(chǎn)生的諧波進(jìn)行仿真分析，從而證明了仿真研究的有效性在在現(xiàn)代電力電子技術(shù)中具有很重要的作用和很廣泛的應(yīng)用。1. 工作特點(diǎn)和電路的構(gòu)成：三相橋式全控整流電路原理圖如圖1所示。它由三相半波共陰極接法(VT1，VT3

3、，VT5)和三相半波共陽極接法(VT1，VT6，VT2)的串聯(lián)組合。其工作特點(diǎn)是任何時(shí)刻都有不同組別的兩只晶閘管同時(shí)導(dǎo)通，構(gòu)成電流通路，因此為保證電路啟動(dòng)或電流斷續(xù)后能正常導(dǎo)通，必須對不同組別應(yīng)到導(dǎo)通的一對晶閘管同時(shí)加觸發(fā)脈沖，所以觸發(fā)脈沖的寬度應(yīng)大于3的寬脈沖。寬脈沖觸發(fā)要求觸發(fā)功率大，易使脈沖變壓器飽和，所以可以采用脈沖列代替雙窄脈沖；每隔3換相一次，換相過程在共陰極組和共陽極組輪流進(jìn)行，但只在同一組別中換相。接線圖中晶閘管的編號方法使每個(gè)周期內(nèi)6個(gè)管子的組合導(dǎo)通順序是VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6，同一相的上下兩個(gè)橋臂，即VT1和VT4，VT3和VT6，VT5和VT2的脈

4、沖相差，給分析帶來了方便；當(dāng)=O時(shí)，輸出電壓Ud一周期內(nèi)的波形是6個(gè)線電壓的包絡(luò)線。所以輸出脈動(dòng)直流電壓頻率是電源頻率的6倍，比三相半波電路高1倍，脈動(dòng)減小，而且每次脈動(dòng)的波形都一樣，故該電路又可稱為6脈動(dòng)整流電路。 圖12.建模：根據(jù)三相橋式全控整流電路的原理可以利用simulink內(nèi)的模塊建立仿真接線如圖2所示，設(shè)置三個(gè)交流電壓源Va，Vb，Vc相位角依次相差120°，得到整流橋的三相電源。圖2參數(shù)設(shè)置：三相電源電壓設(shè)置為380V，頻率設(shè)為50Hz，相角相互相差120度。變換器橋設(shè)置相當(dāng)于六個(gè)晶閘管，只要有適當(dāng)?shù)挠|發(fā)信號，便可以使變換器在對應(yīng)的時(shí)刻導(dǎo)通。設(shè)置同步電壓的頻率跟脈沖寬

5、度分別為50Hz和10%，“alpha_deg”是移相控制角信號輸入端，通過設(shè)置輸入信號給它的常數(shù)模塊參數(shù)便可以得到不同的觸發(fā)角a，從而產(chǎn)生給出間隔60 度的雙脈沖。選擇算法為ode23tb，stop time 設(shè)為0.06。1.電阻負(fù)載仿真 設(shè)置電路負(fù)載為純電阻性，R100。以下是分別在度，30 度，60 度,90度，120度時(shí)的仿真結(jié)果(見圖3-圖32)。2.阻感負(fù)載仿真 設(shè)置電路負(fù)載為阻感性，R100，L1e-3。以下是分別在a=0 度，30 度，60 度,75度,90度是仿真結(jié)果(見圖33-圖54)仿真結(jié)果和Powergui FFT Analysis顯示：1.電阻R100，觸發(fā)角a=3

6、0度圖3圖4、三相電壓FFT分析圖5、三相電流FFT分析圖6、觸發(fā)脈沖FFT分析圖7、負(fù)載電壓FFT分析圖8、負(fù)載電流FFT分析2.電阻R=100,觸發(fā)角a=30度圖9圖10、三相電壓FFT分析圖11、三相電流FFT分析圖12、觸發(fā)脈沖FFT分析圖13、負(fù)載電壓FFT分析圖14、負(fù)載電流FFT分析3、電阻R=100、觸發(fā)角a=60度圖15 圖16、三相電壓FFT分析圖17、三相電流FFT分析圖18、觸發(fā)脈沖FFT分析圖19、負(fù)載電壓FFT分析圖20、負(fù)載電流FFT分析4、電阻R=100，觸發(fā)角a=120度圖21圖22三相電壓FFT分析圖23三相電流FFT分析圖24觸發(fā)脈沖FFT分析圖25負(fù)載電

7、壓FFT分析圖26負(fù)載電流FFT分析5、阻感負(fù)載R=100，L1e-3,觸發(fā)角a=0度圖27圖28三相電壓FFT分析圖29三相電流FFT分析圖30觸發(fā)脈沖FFT分析圖31負(fù)載電壓FFT分析圖32負(fù)載電流FFT分析6阻感負(fù)載R=100，L1e-3,觸發(fā)角a=30度圖33圖34三相電壓FFT分析圖35三相電流FFT分析圖36觸發(fā)脈沖FFT分析圖37負(fù)載電壓FFT分析圖38負(fù)載電流FFT分析7阻感負(fù)載R=100，L1e-3,觸發(fā)角a=60圖39圖40三相電壓FFT分析圖41三相電流FFT分析圖42觸發(fā)脈沖FFT分析圖43負(fù)載電壓FFT分析圖44負(fù)載電流FFT分析8阻感負(fù)載R=100，L1e-3,觸發(fā)

8、角a=75圖45圖46三相電壓FFT分析圖47三相電流FFT分析圖48觸發(fā)脈沖FFT分析圖49負(fù)載電流FFT分析9感負(fù)載R=100，L1e-3,觸發(fā)角a=90圖50 圖51三相電壓FFT分析圖52觸發(fā)脈沖FFT分析圖53負(fù)載電壓FFT分析圖54負(fù)載電流FFT分析3、Powergui FFT Analysis結(jié)果1、當(dāng)電阻負(fù)載R=100，觸發(fā)角a=30度時(shí)對交流側(cè)電流的諧波分析可以通過“Powergui”模塊實(shí)現(xiàn)。 首先在 “Scope” 模塊中，將“Save data to workspace”選項(xiàng)勾掉； 設(shè)置變量名為“l(fā)iningjun1”。然后，打開“FFT Analysis”工具選項(xiàng)，選

9、擇輸入變量“input1 ”（三相電壓） ；設(shè)置起始時(shí)間為 0.0s；快速傅立葉分析的周期數(shù)為1；基波頻率為 50Hz；最大頻率為 1000Hz；顯示類型設(shè)置為“Bar (relative to fundamental)”。最終得到的 FFT 分析窗口下圖所示?；娏鞣禐?66.2A，總諧波電流畸變率為0.47%。選擇輸入變量“input2”（三相電流）設(shè)置起始時(shí)間為 0.0s；快速傅立葉分析的周期數(shù)為1；基波頻率為 50Hz；最大頻率為 1000Hz；顯示類型設(shè)置為“Bar (relative to fundamental)”。最終得到的 FFT 分析窗口下圖所示?？梢?，三相橋式全控整流

10、電路交流側(cè)電流含有的諧波次數(shù)為 6K±1 （K=1， 2，3，） ，基波電壓幅值為6.408V，總諧波電流畸變率為31.15%。選擇輸入變量“input3”（觸發(fā)脈沖）設(shè)置起始時(shí)間為 0.0s；快速傅立葉分析的周期數(shù)為1；基波頻率為 50Hz；最大頻率為 1000Hz；顯示類型設(shè)置為“Bar (relative to fundamental)”。最終得到的 FFT 分析窗口下圖所示?；ǚ禐?.09655，總諧波電流畸變率為317.09%。選擇輸入變量“input4”（負(fù)載電壓）設(shè)置起始時(shí)間為 0.0s；快速傅立葉分析的周期數(shù)為1；基波頻率為 50Hz；最大頻率為 1000Hz；顯

11、示類型設(shè)置為“Bar (relative to fundamental)”。最終得到的 FFT 分析窗口下圖所示?？梢?，三相橋式全控整流電路負(fù)載側(cè)電流含有的諧波次數(shù)為 6K（K=1， 2，3，） ，基波電壓幅值為4.721V，總諧波電流畸變率為3205.05%。選擇輸入變量“input5”（負(fù)載電流）設(shè)置起始時(shí)間為 0.0s；快速傅立葉分析的周期數(shù)為1；基波頻率為 50Hz；最大頻率為 1000Hz；顯示類型設(shè)置為“Bar (relative to fundamental)”。最終得到的 FFT 分析窗口下圖所示?？梢?，三相橋式全控整流電路負(fù)載側(cè)電流含有的諧波次數(shù)為 6K（K=1， 2，3，）

12、 ，基波電壓幅值為0.04721V，總諧波電流畸變率為3205.05%。2、當(dāng)阻感負(fù)載R=100， L1e-3,觸發(fā)角a=60度時(shí)對交流側(cè)電流的諧波分析可以通過“Powergui”模塊實(shí)現(xiàn)。 首先在 “Scope” 模塊中，將“Save data to workspace”選項(xiàng)勾掉； 設(shè)置變量名為“l(fā)iningjun1”。然后，打開“FFT Analysis”工具選項(xiàng)，選擇輸入變量“input1 ”（三相電壓） ；設(shè)置起始時(shí)間為 0.0s；快速傅立葉分析的周期數(shù)為1；基波頻率為 50Hz；最大頻率為 1000Hz；顯示類型設(shè)置為“Bar (relative to fundamental)”。最

13、終得到的 FFT 分析窗口下圖所示?；娏鞣禐?68.2A，總諧波電流畸變率為0.0%。選擇輸入變量“input2”（三相電流）設(shè)置起始時(shí)間為 0.0s；快速傅立葉分析的周期數(shù)為1；基波頻率為 50Hz；最大頻率為 1000Hz；顯示類型設(shè)置為“Bar (relative to fundamental)”。最終得到的 FFT 分析窗口下圖所示?？梢?，三相橋式全控整流電路交流側(cè)電流含有的諧波次數(shù)為 6K±1 （K=1， 2，3，） ，基波電壓幅值為3.349V，總諧波電流畸變率為67.08%。選擇輸入變量“input3”（觸發(fā)脈沖）設(shè)置起始時(shí)間為 0.0s；快速傅立葉分析的周期數(shù)為

14、1；基波頻率為 50Hz；最大頻率為 1000Hz；顯示類型設(shè)置為“Bar (relative to fundamental)”。最終得到的 FFT 分析窗口下圖所示?；ǚ禐?.07734，總諧波電流畸變率為404.16%。選擇輸入變量“input4”（負(fù)載電壓）設(shè)置起始時(shí)間為 0.0s；快速傅立葉分析的周期數(shù)為1；基波頻率為 50Hz；最大頻率為 1000Hz；顯示類型設(shè)置為“Bar (relative to fundamental)”。最終得到的 FFT 分析窗口下圖所示。可見，三相橋式全控整流電路負(fù)載側(cè)電流含有的諧波次數(shù)為 6K（K=1， 2，3，） ，基波電壓幅值為74.86V，總

15、諧波電流畸變率為326.85%。選擇輸入變量“input5”（負(fù)載電流）設(shè)置起始時(shí)間為 0.0s；快速傅立葉分析的周期數(shù)為1；基波頻率為 50Hz；最大頻率為 1000Hz；顯示類型設(shè)置為“Bar (relative to fundamental)”。最終得到的 FFT 分析窗口下圖所示?？梢?，三相橋式全控整流電路負(fù)載側(cè)電流含有的諧波次數(shù)為 6K（K=1， 2，3，） ，基波電壓幅值為0.7478V，總諧波電流畸變率為324.72%。4、結(jié)語 通過仿真和分析，可知三相橋式全控整流電路的輸出電壓受控制角a和負(fù)載特性的影響，文中應(yīng)用Matlab的可視化仿真工具simulink對三相橋式全控整流電路的仿真結(jié)果進(jìn)行了詳細(xì)分析，并進(jìn)行FFT諧波分析仿真?？梢灾庇^地觀測到電力電子電路的各種暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)過程、更深刻地認(rèn)識(shí)電力電子變流電路引