基于Matlab的功率因数 的仿真分析
基于matlab的正弦稳态电路功率的分析
【正文】1.前言在电工和无线电技术等领域中存在着许多周期性的正弦、非正弦电压、电流（或信号）。
对于非正弦电压、电流（或信号），可利用傅里叶变换，将周期性时间函数分解为许多不同频率和幅值的正弦时间函数之和。
然后应用叠加定理对每一频率的正弦时间函数，用相量法计算它们的稳态响应，将所有这些响应叠加起来，就可以得到周期性时间函数激励下的稳态响应。
对称的三相非正弦激励下的三相电路，也可以根据叠加定理，先分别计算各谐波电压单独作用时三相电路中的电压、电流谐波，然后叠加求出各电压、电流[1]。
电路的正弦稳态是电路在正弦电压（流）的激励作用下，电路最终所达到的稳定状态。
实际上，当电路中的自由响应衰减到可以不计时，便可认为电路进入了稳态。
在正弦稳态下，电路中所有电流、电压都依电源的频率按正弦方式变化。
按正弦规律变化的物理量称为正弦量。
分析正弦电路，就是要找出正弦电路的变化规律，这个规律就是描述正弦电路方程的解。
在时域中，描述正弦电路的方程是常系数微分（或积分）方程，它的完全解由两部分组成：一部分是对应齐次方程的通解---这部分解与激励性质无关，它可通过一般解微分方程的方法而求得；另一部分是方程的特解----它取决于激励形式。
以正弦电流为例，数学表达式。
式中三个量、、为正弦量的三要素。
称为正弦电流的振幅（又称最大值或峰值）。
它表示正弦电流变化过程中所能达到的最大值。
称为正弦电流的角频率，它表达了正弦量的相位角（）随时间变化的速度，或者说表示单位时间增加的相位角。
描述交流电变化快慢除用角频率外，还用周期T来描述，周期T是指交流电变化一周所用的时间，即交流电从零开始变到最大，然后逐渐减小到零，接着反方向变到负的最大，最后又回到零所需时间。
还可用频率f来描述交流电变化快慢。
频率是指1S内交流电重复出现的次数。
角频率和正弦量的周期T及频率f的关系为：。
称为正弦电流的初相位（又称初相角），它是正弦量在t=0时刻的相角。
两个同频率的正弦量之间的相位差与计时起点无关。
基于Matlab的电力系统无功补偿装置的研究与仿真综述
引言随着电力系统中非线性用电设备，尤其是电力电子装置应用的日益广泛，电力系统中的谐波污染问题也越来越严重，而大多数电力电子装置功率因数较低，也给电网带来额外负担，并影响供电质量。
因此抑制谐波和提高功率因数已成为电力电子技术和电力系统研究领域所面临的一个重大课题，正在受到越来越多的关注。
解决电力电子装置产生的谐波污染和低功率因数问题不外乎两种途径:一种是装设补偿装置，如有源滤波器、无功功率补偿器等，设法对谐波进行抑制和对无功进行补偿;另一种是对电力电子装置本身进行改进，使其不产生谐波也不消耗无功功率，或根据需要对其功率因数进行调节。
后一种方法需要对现有电力电子设备进行大规模更新，代价较大，并且只适用于作为主要谐波源的电力电子装置，因此有一定的局限性。
而前一种方法则适用于各种谐波源和低功率因数设备，并且方法简单，己得到广泛应用。
传统的补偿无功功率和谐波的主要手段是设置无功补偿电容器和LC滤波器，这两种方法结构简单，既可以补偿谐波，又可以补偿无功功率，一直被广泛应用。
但这种方法的主要缺点是补偿特性受电网阻抗和运行状态影响，易和系统发生并联谐振，此外，它只能补偿固定频率的谐波，难以对变化的无功功率和谐波进行有效的动态补偿。
而随着电力系统的发展，对无功功率和谐波进行快速动态补偿的需求越来越大。
现代电力电子技术的出现和发展为谐波和无功补偿装置的能动控制提供了可能。
近年来，电力电子器件也由不可控器件，半控型器件及全控器件发展到智能化的功率器件。
这些新型器件的出现使得电力电子变换电路本身及其控制系统产生了巨大的变革，从传统的以整流为主的电力电子技术跨入了以直流逆变成各种频率的交流为主的逆变时代，从而为各种形式的变流器在交流系统中的应用供了可能。
而近几十年来电力电子技术在电气拖动领域中的广泛应用，积累了大量的应用经验，技术上也日趋成熟。
正是在电气拖动领域中得到广泛应用的相控脉冲宽度调制(PWM)技术和四象限变流技术为各种形式的静止无功功率补偿装置((SVC)和有源滤波器(APF)控制器提供了原形。
基于MATLAB的Boost型功率因数校正电路的仿真分析
基于MATLAB的Boost型功率因数校正电路的仿真分析作者：孟利明王秀莲来源：《数字技术与应用》2009年第11期[摘要]本文在传统Boost型转换器的基础上,采用ZVT软开关技术对其改进,并使用MATLAB软件建立了仿真模型进行仿真分析。
[关键词]软开关 Boost型转换器功率因数校正[中图分类号]TN913[文献标识码]A[文章编号]1007-9416(2009)11-0047-021 引言为了满足输入电流谐波满足要求减小对电网的污染,现今的开关电源都采用功率因数校正技术(PFC)。
常见的功率因数校正转换器主电路的拓扑结构有:降压式(Buck)、升压式(Boost)、降/升压式(Buck-Boost)、反激式(Flyback)等,其中因Boost变换器具有效率高、电路简单、成本低等优点而等到广泛的应用[1]。
但传统的Boost变换器采用的是硬开关PFC技术,使得开关损耗大、开关电流应力大和二极管开关噪音大。
为弥补硬开关变换器的不足,人们不断探讨新型的Boost软开关变换器,如零电压过渡(ZVT-Boost)软开关变换器和零电流过渡(ZCT-Boost)软开关变换器。
由于零过渡软开关具有主开关为ZCS或ZVS、续流二极管为ZVS或ZCS、主开关和续流二极管的电流和电压应力小及在宽范围电源电压和负载电流内均可满足ZVS和ZCS条件,它们代表了目前软开关变换技术的最新发展[2]。
本文针对一种ZVT-Boost变换器,采用MATLAB/SIMULINK仿真软件建立其仿真模型,并根据仿真图形对其电流电压进行了详细的分析。
2 ZVT-Boost型变换器的设计2.1 ZVT-Boost型变换器拓扑电路图 1 是ZVT-Boost变换器的拓扑电路。
有图可知,除在主开关加有谐振电容Cs外,在传统的Boost变换器拓扑结构的基础上还多了有 Cb、Cr、Lr、D1、D2、D5和辅助开关S2组成的谐振电路。
2.2 变换器工作过程假设交流电源侧电感足够大,Lin >> Lr,开关频率远远高于输入正弦波频率,则在一个开关周期内交流电源相当于一个直流电源[3]。
基于MATLAB的电机仿真分析
基于MATLAB的电机仿真分析
电机是一种将电能转换为机械能的装置，广泛应用于各种工业和生活中。
为了更好地
理解电机的工作原理和性能，需要进行电机仿真分析。
MATLAB是一种理想的电机仿真工具，它提供了丰富的工具和函数，用于建立电机模型、仿真电机动态响应和分析电机性能。
首先，我们需要构建电机的数学模型，这个模型可以根据电机的类型和特性进行定制。
例如，在直流电机中，可以使用基于电流和电动势的方程建立模型，而在交流电机中，则
需要用到转子和定子电磁场的分析等。
建立数学模型后，我们可以使用MATLAB中的Simulink工具，对电机进行动态仿真。
对于直流电机而言，我们可以将电枢电阻、电感和电机电动势等元素建立为Simulink中的block，用于建立电机的仿真环境。
然后我们可以通过仿真接口，给出不同的输入信号，
比如不同的电压和电流波形等，从而观察电机的动态响应，并分析电机的性能。
除了动态仿真外，MATLAB还提供了很多分析工具，比如功率谱分析、频谱分析和阻抗分析等，用于提取电机的性能指标，比如效率、功率因数和输出功率等。
在进行电机仿真分析时，还需要注意一些问题，比如精度问题、仿真时间问题和仿真
环境问题等。
为了保证仿真结果的可靠性和准确性，我们需要对模型进行较为精细的调整
和校验，并关注仿真时间的长短和仿真环境的影响等。
综上所述，基于MATLAB的电机仿真是一种强大的分析工具，可以帮助人们更好地理解电机的工作原理和性能，并优化电机的设计和控制。
基于Matlab 的电力系统故障的仿真分析
基于Matlab 的电力系统故障的仿真分析计算机仿真技术已成为电力系统研究、规划、设计和运行等各个方面的重要方法和手段,由于Matlab 具有很良好的开发性、高效的数据仿真分析, 特别是信号处理和直观的图形显示功能,且Matlab/ Simulink 环境下的PSB 模型库及Simulink强大的二次开发功能和丰富的工具箱,能快速而准确地对电路及更复杂的电气系统进行仿真、计算. 因此,它已成为电力科研工作者和工程技术人员应用它来进行电力系统有关问题的仿真分析和辅助设计的理想工具.文章介绍了Matlab/ Simulink 的基本特点及应用Matlab 进行电力系统仿真分析的基本方法和步骤,探讨了综合利用其Simulink 环境、电力系统模块库和相关工具进行电力系统的控制设计和仿真分析,通过对具有同步发电机光控励磁系统的电力系统故障仿真分析,说明了Matlab 在电力系统仿真中强大的功能.1 应用Matlab/ Simulink 进行电力系统仿真分析的基本方法1. 1 Simulink 环境下仿真工具图形编辑器( Power System Blockset 以下简称PSB) 是一个图形编辑器工具,在Simulink 环境下能建立电力系统原理并进行仿真计算. PSB 库提供了电力系统仿真通用的元件和装置,包括RLC支路和负载、变压器、传输线、避雷器、电机、电力电子装置等. 只需通过点击和拖放PSB 库内的模型即可建立用户所需要的电力系统仿真原理图,并利用模型元件的对话框来设置相关参数. 使用Simulink 提供的示波器模型,可显示观测点处的仿真结果及其波形.1. 2 模型库根据电力系统各种电气设备特性,可将PSB 库内的模型分为电源、元件、电力电子器件、电机、连接器和测量等部分. 元件包括单相RLC 支路和和负载模块、变压器、互感器、π型传输线、避雷器、断路器、n 相分布参数线路模型等. 利用Simulink 二次开发功能,可方便地编辑出更复杂的元件模型和集成参数对话框. 电力电子包括通用的半导体元件,每个元件(除二极管外) 都有门极控制输入端和Simulink 输出端,可显示开关的电压和电流值. 电机包括简化的和详细的同步电机、异步电机、励磁机、永磁同步电机和涡轮机等. 每个模块有一个Simu2link 输出来显示内部变量状态值.1. 3 仿真方法和步骤Matlab 实现对电力系统的仿真和分析至少有二种独立的方法.1) 传统的编程方法,即通过大量的代码来实现电力系统的建模、稳态计算和暂态分析等等;但由于Matlab 提供了用户可以直接调用已有的高性能数值计算. 如矩阵求逆、数值微积分等等,较使用C 或Fortran 语言开发其源程序却要简洁得多,可节省大量内存空间和开发时间.2) Simulink 平台上进行仿真分析,按建模方法分为器件级仿真(又称为物理建模) 和系统仿真(又称为数学建模) . 其中器件级仿真是利用Mat2lab 的PSB 中固有元件模型构建新元件的物理模型,该方法一般适用于探讨元件的内部性能;系统仿真是利用MatlabPSimulink 中的控制模块来构建新元件的数学模型,该方法是研究元件的外部特性. 在MatlabPSimulink 平台上,借助于鼠标点击和拖放以及一些必要的参数设置即可实现对电力系统的稳态和暂态分析,并可方便地研究各种先进的控制方法对电力系统的控制效果. 实际上,在实际应用中,特别是对复杂电力系统的仿真分析,两种方法通常交替融合使用.应用Matlab 进行电力系统仿真的主要步骤为:a 系统模型的建立;b 设置仿真参数和控制算法的实现;c 进_______行动态仿真(包括稳态分析和暂态仿真) ;d 结果分析.2 仿真实例使用Matlab6. 0 的Simulink 建立单机对无穷大系统的仿真模型如图(1) 所示.单机即光控励磁图1 光控励磁同步发电机系统故障模型系统同步发电机[1 ] ;无穷大系统模型,用powerlib中inductive source with neutral 模块表示;发电机模型(synchronous machine) 、变压器模型(linear trans2formerd ,yg) 以及调速系统模( hydraulic turbineand governor 即HTG) ;系统负荷10mV;故障时间由Timer 模块控制. powergui 模块中的machine loadflow ;Bus type 为pv generator ;仿真参数如下:同步发电机容量200MW ;UAB = 15. 75kV;变压器容量240MVA;电压变比15. 75kVP230kV.其仿真结果:当Fault 模块为单相故障时,模块内部构成如图2 (a) 所示,以A 相故障为例.其中负荷为10MW, 选择SimulationPStart 按钮,开始仿真. 在t = 1s 发生故障切除后母线电流、电压波形,用Matlab6. 0 中Subplot 及Plot 命令绘出仿真结果,如图3 (a) 所示.当Fault 模块为两相接地故障时,见图2 (b) ,以A、B 两相短路,测得A 相电压、电流波形,如图3 (b) 所示.当Fault 模块为三相接地故障时,见图2 (c) ,测得A 相电压、电流波形,如图3 (c) 所示.由上述三种短路故障时的仿真波形图可看出光控励磁系统同步电机- 无穷大系统在故障过程中的动态响应过程,恢复正常运行时的电压基准值相对稳定.图2 Fault 模块故障模型图3 故障电压波形图压力锅的强度就由该部位控制. 从计算结果可以看到,当锅内压力为80KPa 时,牙边缘处的应力是88. 7MPa ,而当锅内压力达到泄压压力160KPa 时,该处的应力达到177. 4MPa. 因此,如何降低锅牙处的应力成为压力锅设计与分析的一个焦点.3) 压力锅其余部位的应力在表1 中均不大.如,当锅内压力达到160KPa 时,锅底部分的应力是34. 3MPa ,牙槽部分是47. 4MPa ,离材料的极限应力较远,具有较多的安全储备. 但若考虑到压力锅长期使用下的疲劳以及锅底受热部分在高温下材料性质的降低,则该应力也就是恰当的应力水平了.4 结论利用有限元软件ANSYS 对压力锅进行了三维应力分析,部分数据与薄壁圆桶计算结果对比,本文计算结果是可靠的. 牙体及附近是压力锅的最大应力所在部位,其最大应力在报警压力时达到177MPa ,当锅内压力进一步增大时,该应力还将增加,直至达到屈服应力和破坏应力而造成压力锅“爆锅”. 因此,在压力锅设计时,应对牙部仔细分析,以降低牙部的应力,增加压力锅的安全性.参考文献:[1 ] GB13623～2003 ,铝压力锅安全及性能要求[ S] .[2 ] 王勖成,邵敏. 有限单元法基本原理和数值方法[M] 北京:清华大学出版社. 1997. 97～98.[3 ] 刘鸿文. 材料力学[M] . 北京:高等教育出版社,1992.285～289.[4 ] 龚曙光. ANSYS 工程应用实例解析[M] 北京:机械工业出版社,2003. 103～117.(上接第47 页)结论通过对整个系统的仿真,可以得到以下结论:1)Matlab6. 0 中的PSB 是一种专门应用于电力系统动态仿真的工具箱,其中的电力系统的元件模型相当丰富,模糊逻辑控制可通过工具箱中用户界面建立的模糊推理系统FIS(Fuzzy InferenceSystem) 来实现,用户还可以利用Matlab 本身的一些工具来建立自定义模型.2) 当改变元器件本身的参数,如电机的功率、转子和定子的电阻、电感,负载的功率、变压器的容量等,就能实现对电力系统不同工况下运行过程的仿真分析,便于对不同参数和负载情况进行比较.3) 利用Matlab 可以方便地进行电力系统潮流计算、稳态分析、暂态仿真和新元件的设计及测定. 界面灵活、开放直观、互动性强等优点.4) 由于PSB 简化了开关元件的处理,认为是理想模型,在提高仿真速度、简化电路设计的同时,对系统的暂态过程描述不够精确.参考文献:[1 ] 盛义发,邓国扬,王浩宇,等. 同步发电机新型励磁系统的研究[J ] . 南华大学学报,2002 (4) :24～27.[2 ] 邓国扬,盛义发. 基于MatlabPSimulink 的电力电子系统的建模与仿真[J ] . 南华大学学报,2003 (1) :1～6.[3 ] 清源计算机工作室.Matlab6. 0 基础及应用[M] . 北京:机械工业出版社,2001.[4 ] 何仰赞,温增银,汪馥英,等. 电力系统分析[M] . 武汉:华中理工大学出版社,1996.。
无功补偿MATLAB仿真
一课题的意义目的：• 为使学生能更好地了解无功补偿装置的特性,基于Matlab和电力电子知识，使学生加深对理论知识的理解,同时结合仿真验证所学知识。
二设计的来源及背景：• 随着电力系统中非线性用电设备，尤其是电力电子装置应用的日益广泛,电力系统中的谐波污染问题也越来越严重，而大多数电力电子装置功率因数较低，也给电网带来额外负担,并影响供电质量。
因此抑制谐波和提高功率因数已成为电力电子技术和电力系统研究领域所面临的一个重大课题,正在受到越来越多的关注.•解决电力电子装置产生的谐波污染和低功率因数问题不外乎两种途径：一种是装设补偿装置,如有源滤波器、无功功率补偿器等, 设法对谐波进行抑制和对无功进行补偿;另一种是对电力电子装置本身进行改进，使其不产生谐波也不消耗无功功率，或根据需要对其功率因数进行调节.后一种方法需要对现有电力电子设备进行大规模更新,代价较大，并且只适用于作为主要谐波源的电力电子装置，因此有一定的局限性.而前一种方法则适用于各种谐波源和低功率因数设备，并且方法简单，己得到广泛应用。
三无功补偿的作用：• （1)增加设备容量。
无功功率的增加，使总电流增大,以及视在功率增大，从而使发电机、变压器及其它电气设备容量增加。
• （2)设备及线路损耗增加。
无功功率增加,使总电流增大，因而使设备及线路的损耗增加。
• (3)使线路压降增大.如果是冲击性无功功率负载还会引起电压剧烈波动，导致供电质量严重降低。
• (4）功率因数降低,设备容量利用少。
四无功功率补偿的基本理论• 4。
1 无功功率补偿的基本原理• 补偿功率因数的方法有很多，下面仅以改善电压调整的基本功能为例，对无功功率动态补偿的原理作简要介绍。
• 图4。
la所示为系统、负载和补偿器的单相等效电路图.其中U为系统线电压；R和X分别为系统电阻和电抗。
设负载变化很小，故有△U 远小于U。
则假定R远小于X时，反映系统电压与无功功率关系的特性曲线如图2.1b中实线所示,由于系统电压变化不大，其横坐标也可换为无功电流。
用MATLAB语言实现功率电子电路数值仿真的一种方法(1)
图 2 为用本文算法仿真电路瞬态过程 ( 起动过 程 ) 的波形( f s = 1kHz) 。图 3 示出用本文算法仿真所 得的稳态时状态变量的纹波 ( 实线波形 , 一周期内仿 真 151 个点) , 图中虚线波形为文献[ 9] 计算前三次谐 波所得。 可以看出 , 本文所得结果与文献[ 9] 中给出的 相应的数值仿真波形相一致 , 也与文献[ 10] 中的符号 仿真结果相一致。因此 , 本文方法是可信的。
′
段连续的特性 , 也即状态变量的值在电路从一个阶段 进入另一阶段时不能突变, 将上一阶段结束时各状态 变量的值作为下一阶段各相应状态变量的初值, 调用 程序开始执 RKF 45 仿真子程序, 进行该阶段的仿真。 行时各状态变量的初值可以定为电路开始工作时各 状态变量的实际值。将初值定为 0, 则可以仿真电路 工作时的起动过程。 仿真周期数可根据实际功率电子 电路起动时所需时间而大致确定。 ( 3) 稳据电路周期性变化的特点, 当一周期开始和 结束时各状态变量的值相等时( 或二者之差的绝对值 在误差允许范围内 ) , 即认为电路已达到‘ 稳态’ 。 ( 4) 稳态直流解的计算。 虽然 MAT L AB 语言提 供了一个求数据平均值的函数 mean ( ) , 但其前提是 在一周期内计算点均匀分布。 由于我们采用的是变步 长 RKF 算法 , 各点的分布并非均 匀的, 所以不能使 用这一函数来求取状态变量的稳态直流解。 本算法中 采用的方法是 : 根据状态变量的稳态直流解是其达到 稳态时在一周期内的平均值这一概念 , 用矩形法实现 连续函数积分的数字化求解。即 : 设在一开关周期内 时间采样点向量及其所对应的状态变量的值分别为: t= [ t1 , t2, t3, …, tn ] , X = [ X 1, X 2, X 3, … , X n ] 设 tj = t j + 1 - tj , j = 1, 2, …, n - 1 则 X = 1 T
(完整版)功率谱估计性能分析及Matlab仿真
功率谱估计性能分析及Matlab 仿真1 引言随机信号在时域上是无限长的，在测量样本上也是无穷多的，因此随机信号的能量是无限的，应该用功率信号来描述。
然而，功率信号不满足傅里叶变换的狄里克雷绝对可积的条件，因此严格意义上随机信号的傅里叶变换是不存在的。
因此，要实现随机信号的频域分析，不能简单从频谱的概念出发进行研究，而是功率谱[1]。
信号的功率谱密度描述随机信号的功率在频域随频率的分布。
利用给定的N 个样本数据估计一个平稳随机信号的功率谱密度叫做谱估计。
谱估计方法分为两大类：经典谱估计和现代谱估计。
经典功率谱估计如周期图法、自相关法等，其主要缺陷是描述功率谱波动的数字特征方差性能较差，频率分辨率低。
方差性能差的原因是无法获得按功率谱密度定义中求均值和求极限的运算[2]。
分辨率低的原因是在周期图法中，假定延迟窗以外的自相关函数全为0。
这是不符合实际情况的，因而产生了较差的频率分辨率。
而现代谱估计的目标都是旨在改善谱估计的分辨率，如自相关法和Burg 法等。
2 经典功率谱估计经典功率谱估计是截取较长的数据链中的一段作为工作区，而工作区之外的数据假设为0，这样就相当将数据加一窗函数，根据截取的N 个样本数据估计出其功率谱[1]。
2.1 周期图法( Periodogram )Schuster 首先提出周期图法。
周期图法是根据各态历经的随机过程功率谱的定义进行的谱估计。
取平稳随机信号()x n 的有限个观察值(0),(1),...,(1)x x x n -，求出其傅里叶变换10()()N j j n N n X e x n e ωω---==∑然后进行谱估计21()()j N S X e Nωω-= 周期图法应用比较广泛，主要是由于它与序列的频谱有直接的对应关系，并且可以采用FFT 快速算法来计算。
但是，这种方法需要对无限长的平稳随机序列进行截断，相当于对其加矩形窗，使之成为有限长数据。
同时，这也意味着对自相关函数加三角窗，使功率谱与窗函数卷积，从而产生频谱泄露，容易使弱信号的主瓣被强信号的旁瓣所淹没，造成频谱的模糊和失真，使得谱分辨率较低[1]。
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基于Matlab的功率因数校正电路的仿真
分析
摘要：根据功率因数校正的原理和特点，建立了一种基于Matlab的功率因数校正电路的仿真模型，详细介绍了模型的建立过程并给出了具体的算法，最后对一种三相无源功率因数校正电路进行了参数的优化和仿真，并对建立的模型作了验证。
仿真结果表明，运用Matlab中的SimPowerSystems模块对复杂的电路进行仿真分析和研究，不失为一种准确、直观有效的方法。
关键词：功率因数；模型；仿真
Abstract: Based on the principle and characteristic of PFC, a simulator model is built based on Matlab about PFC. The process of the model-building is introduced in detail and the arithmetic is given. Finally, a three-phase passive PFC circuit is simulated and its parameters are optimized, the model is validated. Meanwhile, the simulation result shows that the SimPowerSystems model of Matlab is an accurate, intuitionistic and effective method on simulation analysis and research of complicated circuit.
Keywords: power-factor; model; simulation
0 引言
Matlab是一种功能强大的数值计算软件，应用领域很广。
在继Matlab5.3之后推出的电力系统工具箱（Power System Blocket）,它是在Simulink仿真软件的运行环境下的一个电路工具箱，操作简单易学，不需要自己编程，只需用鼠标拖出元器件来搭建自己需要的电路，仿真速度比Pspice快。
在仿真过程中，可以随时观察仿真结果，并对仿真结果进行处理，以及对电路参数进行分析和优化，达到事半功倍的效果。
本文对Matlab在功率因数校正方面的电路进行建模和仿真分析。
1 功率因数校正的原理
功率因数校正电路基本上是一个AC/DC变换器。
其输出是不可调节的直流电压Vd，一个大电容Cd（1000uF）用来滤除低频纹波。
电容和电阻作为电路的等效负载，电网仅在每个工频周期的一小部分时间里给负载提供能量。
电流中包含丰富的高次谐波电流存在
严重的畸变，功率因数校正实际上是对输入电流整形使其尽可能正弦化，同时改善电源系统的输入阻抗，使之尽量呈电阻性，达到基波电流与电压同相位。
这就是功率因数校正的基本思路。
常用的功率因数校正控制方式采取双环控制，“外环”电压环和“内环”电流环。
其中，电流控制环使输入电流接近正弦，电压控制环使电路输出电压稳定，其输出直流电压经分压后作反馈电压送至电压比较器UA与基准电压比较后，其输出作为乘法器的一个输入，乘法器的另一个输入来自整流后的输入电压。
另外，从电感和整流器连接端得到取样电流送到CA的反相端，其输出直接加到PWM比较器A的同相端。
其控制流程如图1所示。
图1平均电流控制原理图
2功率因数校正电路仿真模型的建立
Matlab的仿真电路是以图形仿真软件Simulink为运行环境，在SimPowerSystems库中包括了电路、电力电子、电力传动及电力系统等电工方面常用的元器件。
进入SimPowerSystems模块库中用鼠标直接拖动模块放置原理图窗口，然后对其进行参数的设置和原理图的绘制，操作极其简单，完全满足功率因数校正电路的要求。
2.1元器件的仿真模型
在Elements库中，库中没有单独的电阻、电感和电容元件，而是电阻电容电感的串联和并联电路，绘制仿真电路图时，通过设置它们的具体参数来得到我们需要的纯电阻、电感和电容值以及允许的有功功率。
如把电感和电容都设为0 ，电阻设为需要的值就得到纯电阻，也可以把电阻和电感设为需要的值，电容设为inf来得到一个感性负载。
在Electrical elements元件库中，有各种功率开关模块（MOSFET、IGBT、GTO、DIODE等），通过双击其模块进行设置，如DIODE的参数有：电阻值、电感值、导通压降、初始电流、吸收电阻、吸收电容。
根据设计需要设置相应的值。
2.2 主电路的仿真模型
首先，在Electrical Sources 库中找到交流电源将其放置在原理图窗口中，然后双击模块进行参数设置，输入电压设为220，频率50Hz。
画出一个三相功率电路的交流输入电路，为了与实际电路相符合，可以在输入电源间加入小的电阻或电感，然后在Electrical elements库中拖出DIODE搭成一个桥式整流电路（也可以直接使用整流桥模块），每个二极管两侧并上小的吸收电容，在输出侧拖出功率开关管、电感等搭建需要的电路。
最后，绘制滤波电路和负载，这样就得到主电路的仿真模型。
图2 主电路的仿真模型
2.3测量电路的仿真模型
在Measurements库中，有电压和电流测量模块，电压测量模块并联所测电压两端对其进行测量，电流测量模块串联所测电流支路对其电流进行测量。
所测结果通过SCOPE进行观察或通过TO WORKPLACE 将数据送到工作空间进行保存。
2.4控制电路的仿真模型
控制模型是由Simulink建成的。
Simulink模块和SimPowerSystems模块是两类性质不同的模块，在同时使用两类模块的仿真模型时，必然会有两类模块信号的流动。
因此，在组建仿真模型时，当SimPowerSystems模块的信号反馈给Simulink组成的控制系统时，应由电压或电流测量模块作中间接口，开关器件的脉冲输入端可直接接Simulink信号而不需要中间环节。
根据前面的功率因数控制方法的原理，用鼠标拖出相应的模块，并设定具体参数得出下面的控制电路的仿真模型。
图3 控制电路的仿真模型
2.5功率因数的计算模型
功率因数的计算可以根据功率因数的定义，通过一定的算法在Math模块中直接拖出需要的模块，并对其进行参数的设置，可以很容易的求出整个系统的功率因数的值来。
建立的模型如图4所示。
图4 功率因数计算模型
3 仿真电路
根据Matlab仿真模型的建立过程，可以对一个实际的三相功率因数校正电路（如图5）进行仿真分析。
在建立仿真模型时，模型中有二极管等非线性器件，需要采用刚性的数值积分方法。
选用Ode23tb有较快的仿真速度，通过Matlab的仿真实验得到该电路的优化参数如下：L1=0.02H，C1=50uF，并在每个二极管两侧并上0.1uF的电容，其仿真波形如图6，图7所示：
图5 三相无源功率因数校正电路
该电路是一种三相无源功率因数校正电路，在输出侧加上了L、C滤波电路。
通过仿真，电感L1、C1以及二极管两端的电容可以构成谐振回路，使得输入相电流按正弦规律变化，有效的抑制了谐波的含量，功率因数较高。
通过Matlab的仿真和参数的优化，最终可以将功率因数提高到0.961。
图6输入相电压和相电路波形
图7 整流后电压和电流波形
表1 功率因数随负载变化的仿真结果
负载电阻（Ω）40 80 120 160 200 400 600 800 功率因数0.9610 0.9518 0.9340 0.9226 0.9085 0.8092 0.7520 0.7429
4 结束语
仿真结果表明，运用Matlab的SimPowerSystems模块可以很直观的对电力系统中复杂的电路进行仿真分析和研究，并通过参数的改变可以使系统达到最优，仿真速度快，不失为一种好的方法。
另外，在功率因数校正电路中，电路元件参数的选取，对提高功率因数同样很重要。
资讯来源：王会涛。