& & 1PWM整流的控制方法
& & 单相全桥PWM整流器拓扑结构采用具有4个功率开关管的H桥结构。图1所示是该单相全桥PWM整流器的拓扑结构。由图1可见，该结构由主电路开关管S1～S4、交流侧L、等效Rs、直流侧Cd和Rl组成。
图1 单相全桥PWM整流器的拓扑结构图
　　单型PWM整流器控制系统的结构框图如图2所示， 图中， 电流内环指令is*由电压外环PI调节器输出与同步信号合成而得。当负载电流增大时， 直流侧C放电使其电压udc下降， PI调节器的输入出现正偏差， 则使其输出Im增大， Im的增大又会使输入电流增大， 也使直流侧电压回升， 从而到控制效果。当负载电流减小时， 调节过程和上述过程相反。
图2 PWM 整流器的控制系统结构框图
　　2 仿真实现
　　仿真时， 可以基于Matlab/Simulink来建立仿真模型， 其主电路参数选择为： 交流侧电感L选1.8 mH， 等效电阻Rs=0.06 &O、直流侧电容Cd=2.0&F、负载Rl=25 。输入电压取幅值为100 V的正弦交流信号， 输出直流参考为200 V。输入电流的仿真结果如图3所示， 图4所示是其输入电流快速傅里叶分析图(FFT)。
　　上述仿真结果表明， 单相PWM整流器的输入电压和输入电流基本同， 从而实现了单位整流。其输入电流近似为正弦波形， 但是， 谐波畸变率达到了9.29%， 其中主要是三次谐波。
图3 输入电流仿真结果波形图
图4 输入电流的FFT分析图
　　3 输入电流波形的改善
　　从图3所示的输入电流波形仿真曲线可以看出， 输入电流畸变比较严重， 而从图4中的快速傅里叶分析(FFT) 可知， 而输入电流中除了基波成分外， 还含有大量三次谐波。基于功率守恒原理可以计算得到输出直流电压udc与输出直流电压、角&、直流侧电容C以及负载R有如下关系：
　　为了简化分析， 假设电压环的PI控制器只含有比例环节kup， 那么， 经过电压控制器得到的指令电流的幅值为：
　　指令电流为：
　　由式(1) ～ (3) 可得， 输出直流电压udc中的二次谐波使得指令电流is的幅值Im含有一定量的二次谐波， 因此直接导致指令电流is含有三次谐波。
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在simulink中搭建模型仿真得到电压电流数据（带有谐波）,如何将各次谐波功率和基波功率计算出来?是将电压电流数据先进行傅里叶分解吗?傅里叶分解后得到的数据是什么?这些数据怎么计算功率呢?
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如果用瞬时值相乘,那就表示可视功率.
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如何用Matlab计算离散样本序列的各次谐波？
浏览次数：4785次
发布时间： 0:22:23
作者：银河电气
　　离散样本序列求谐波的前提是离散样本序列为周期序列，最好是已知周期。
　　取一个周期的样本，假设样本为一维矩阵X。
　　在matlab的命令行输入下述命令即可：
　　y=fft(x,N);&&& %对信号进行快速Fourier变换
　　mag=abs(y)&&&& %求得Fourier变换后的振幅
　　矩阵mag的第一个数是0次谐波（直流分量），第二个数为基波（一次谐波幅值，第n+1个数就是n次谐波的幅值。
　　上述运算方法存在一定的缺陷，就是一个周期（或整数个周期）样本的点数应该是2的N次幂，否则，FFT运算时，会在后面自动补零，影响频谱的真实性，改善的方法是增加样本的周期数，当样本点数足够多时，补零造成的影响可以忽略不计。
　　采用DFT算法，牺牲了运算速度，但是，对运算点数没有2的N次幂的限制，提高了基波测量及频谱运算精度。
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文档介绍：
第 36卷第 4期 2008年 4月 Vol.36No.4 Apr. 2008 12脉波整流电路 MATLAB2 Simulink仿真及谐波分析张文斌 1,靳希 2 (1.上海大学机电工程与自动化学院,上海 .上海电力学院电力与自动化工程学院,上海 200090 ) 摘要:以 12脉波整流电路为研究对象,利用 Matlab2 Simulink建立模型对其进行仿真,并对其产生谐波电流进行分析和计算,阐述了其消谐原理。并将其与 6脉波整流电路进行了分析对照,证明了 12脉波整流电路消谐的有效性。关键词:整流装置;谐波;谐波失真;仿真作者简介:张文斌,从事机电工程与自动化研究。中图分类号:TM762 文献标识码:A 文章编号: (702 03 MATLAB2 Simulinkbasedsimulationandharmonicanalysisfor122 pulserectifiers ZHANGWen2 bin 1,JINXi 2 (1.CollegeofMechatronicsEngineeringandAutomation,ShanghaiUniv.,Shanghai200072,C 2.SchoolofPowerandAutomationEngineering,ShanghaiUniversityofElectricPower,Shanghai200090,China ) Abstract:TheMATLAB2 Simulinkwasusedtoestablishmodelsandconductsimulationforthe122 pulserectification circuit.urrentgeneratedbytherectificationcircuitwascalculated,andtheworkingprincipleofits parisonwiththe62 pulserectificationcircuitprovesthatthe122 pulserectifi2 cationcircuitiseffectiveinharmonicelimination. Keywords:simulation 随着科学技术和生产力的不断发展,出现了多种形式和控制方法的整流器,整流装置功率也进一步增大,对电网的干扰也日益的严重,尤其是在钢厂的电力系统中,现代轧钢厂日益广泛采用可控整流装置来驱动直流电机,其容量高达数万千瓦,容易引起交流侧的高次谐波。为了减轻整流装置对电网的影响,可以采用 12相、及以上的多相整流电路,这种整流电路的功率因数较高,对减少电网中的谐波干扰十分有效,可以有效地消除钢厂电力系统中较高次数的谐波。 1 12脉波整流电路的原理图 12脉波串联整流电路的原理图见图 1。其中,T1和 T2为 2组整流桥串联;T为整流变压器,其二次侧的绕组 a 2,b 2,c 2和 a 3,b 3,c 3分别采用 Y形和△形联结,构成 30°相位差的两组电压, 而△形联结的变压器二次绕组相电压为星形二次绕组相电压的 3倍,这样 2组交流电源的线电压相等。图 1 12脉波串联整流电路原理图 2 12脉波整流电路的 MATLAB仿真在 MATLAB2 Simulink的环境下对 12脉波整流电路进行仿真,Matlab6.5版本中的电力系统工具箱(PowerSystemBlockset )可用于电力电子电路和系统仿真,文中的模型就是基于该工具箱建立的。 2.1 12脉波整流电路建模串联 12脉波整流电路主电路由三相对称交流电压源、整流变压器、晶闸管整流桥、同步脉冲张文斌,等 12脉波整流电路 MATLAB2 Simulink仿真及谐波分析 71 (总 459 ) 触发器、 RLC负载等部分组成。同步脉冲触发器与晶闸管整流桥是不可分割的 2个环节,2个晶闸管整流桥串联联结给负载供电,在 Simulink环境下串联 12脉波整流电路的仿真模型见图 2。图 2串联 12脉波整流电路仿真模型 2.2模型参数设置三相对称交流电压源参数设置:三相对称交流电压源的幅值设为 220V,频率为 50Hz,相位分别为 0°、-120°、 120°。三相变压器参数设置:采用 3绕组三相变压器,1次侧绕组采用 Y形接线方式,2次侧绕组分别采用 Y形和△形接线方式。为了便于观察,3 个绕组的额定电压分别取 380V,220V,220V。三相晶闸管整流桥参数设置:使用默认值。 RLC 负载参数设置:R取 100 Ω,L取 0,C取 inf。同步脉冲触发器设置:频率为 50Hz,脉冲的宽度取 20degrees,选择双脉冲触发方式。选定触发角为 0°。 2.3仿真参数设置仿真时间设为 0.05s,数值算法采用 ode23tb,完成上述步骤后运行仿真模型,从示波器中观察输出波形。图 3为纯电阻负载情况下输出的电流 i d和输出电压 u d的仿真波形。从图 3 中可以看出电压和电流波形在每个周期内脉动 12次,谐波含量比 6脉动整流要小。 3 12脉波整流变压器一次侧电流的谐波仿真分析在整流变压器二次侧△形处的三相线电流 i a3,i b3,i c3和星形接线方式处的三相线电流 i a2,i b2, 图 3电阻负载时输出电流 i和输出电压 u的仿真波形 i c2的仿真波形见图 4。图 4三相线电流 i 3,i 3,i 3和 i 2,i 2,i 2的波形由图 4的波形图可知,整流变压器二次侧线 72 (总 460 )
) 电流波型是三相对称的周期波形,由于二次侧 2 个绕组采用 Y-△接线方式的缘故,其△接线比 Y形接线滞后 30°其 a3,b3之间的相电流为 i 2a3 b3。整流变压器△形接线的电流 i 2a3 b3折算到变压器一次侧 a相绕组中的电流 i 1a3 b3是 i 2a3 b3值的 3倍, 其波形见图 5b。整流变压器 Y形接线折算到一次侧 a的电流好为 i a2见图 5a。整流变压器一次侧 A 相的电流即 i A为 i 1a3 b3和 i a2之和,其波形见图 5c。图 5移相 30°串联 2重联结电路电流波形将 i A进行傅里叶分析,展开见式(1 ) i A= 43 π I d[sin ω t- 111 sin11 ω t- 113 sin13 ω t+ 123 sin23 ω t+ 125 sin ω t-?= 43 π I dsin ω t+ 43 π I d∑ n=12 k± 1 k=1 ,2 ,3 ,?(-1 ) isin nω t (1 ) 由式(1 )可以看出 i A的基波幅值 I 1和 n次谐波幅值 I n分别如下: I 1= 43 π I d,I n= 1n 43 π I d,n=12 k± 1 , k=1 ,2 ,3 ,?(2 ) 从式(1 )和图 5可以看出由于采用了移相变压器,使其1
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