12脉波整流电路MATLAB_Simulink仿真及谐波分析

a相绕组中的电流
ia13b3是
i2
a3b
3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 ia 2见图 5a。整流变压器一次侧 A
相的电流即
iA
为
i1
a3b
3和
ia2之和, 其波形见图
5 c。
图 6 12 脉动与 6脉动整流电路的 THD 对比
由仿真波形和表 1的对比关系看出, 由于采 用了移 相变压器, 5th、7th、17th 和 19th 谐波相 互抵 消, 只剩下 11th、13th、23th和 25th谐波, 相比 6脉动 整流电路而言 12 脉动整流电路可以很好的抑制 某些特定次数的谐波, 同时由图 6可得 12脉动较 6脉动的谐波失真更小, 12脉动整流电路的优势 更为明显。
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 MATLAB-Sim ulink的环境下对 12脉波整流 电路进行仿真, M atlab6. 5版本中的电力系统工具 箱 ( Power System B lockset)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
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。
图 2 串联 12 脉波整流电路仿真模型
72(总 460)
2008, 36( 4)
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 i2a3b3。 整流变压器 形接线的电流 i2a3b3折算到变压
器一次侧
Abstrac t: T he MAT LAB-S imu link was used to establish m ode ls and conduct s imu lation for the 12-pu lse rectification circu it. T he harm onic cu rrent gene ra ted by the rectification circu it w as ca lculated, and the w ork ing princ ip le o f its harm on ic elim ination is illum inated. Com parison w ith the 6-pulse rectifica tion c ircu it proves that the 12-pu lse rectif-i ca tion circu it is effective in harm on ic elim ina tion. K ey word s: rectifier; ha rmon ic; harm onic disto rtion; sim ulation
摘 要: 以 12脉波整流电路为研究对象, 利用 M atlab-S imu link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: TM 762 文献标识码: A 文章编号: 1001-9529( 2008) 04-0070-03
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收稿日期: 2007-10-18 本文编辑: 邵振华
12脉动整流电路的与 6 脉动整流电路的 TH D( 谐波失真 ) 对比见图 6。
4 结论
从以上分析可以看出, 采用 12脉波整流的联 结方法可以很好地抑制 6脉波整流电路中某些特 定次数的高次谐波, 有效的提高系统的功率因数, 因此在大容量整流电路中特别是在钢厂电力系统 中有着重要的应用。
参考文献:
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图 5 移相 30 串联 2重联结电路电流波形
将 iA 进行傅里叶分析, 展开见式 ( 1)
iA =
4
3Id [ sin
t-
1 11
s
in11
t-
1 13
s
in 13
t+
213sin23 t + 215sin t - = 4 3Id sin t +
4 3Id
( - 1) i s inn t
( 1)
n= 12k 1
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 a2, b2, c2 和 a3, b3, c3 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
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第 36卷 第 4期 2008年 4月
V o.l 36 N o. 4 A pr. 2008
12脉波整流电路 MATLAB-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 200072; 2. 上海电力学院 电力与自动化工程学院, 上海 200090)
[ 8] Task Force on H arm on ics M odeling and S imu lat ion. M odel ing and sim u lat ion of th e p ropagation of harm on ics in electric pow er network s, Part I: C oncepts m odels, and sim u lat ion techn iques[ J] . IEEE Trans Pow er D elivery, 1996, 11( 1 ): 452- 456.
M ATLAB-S im u link based sim u lation and harm on ic analysis for 12-pu lse rectifiers
ZHANG W en-bin1, JI N X i2 ( 1. Co llege o fM echatron ics Eng ineer ing and A utom ation, Shangha iU n iv. , Shangha i 200072, Ch ina; 2. Schoo l of Pow er and A utom a tion Eng ineering, Shangha iU n iversity o f E lec tric P ow er, Shangha i 200090, Ch ina)
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
ia 3, ib3, ic3和星形接线方式处的三相线电流 ia2, ib2,
图 3 电阻负载时输出电流 id 和 输出电压 ud 的仿真波形
ic2的仿真波形见图 4。 由图 4的波形图可知, 整流变压器二次侧线
图 4 三相线电流 ia3, ib 3, ic3和 ia2, ib2, ic2的波形
同步脉冲触发器设置: 频率为 50 H z, 脉冲的 宽度取 20 degrees, 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. 05 s, 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 id 和输出电压 ud 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。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
只含有 12k 1次谐波电流, 可以消除 6脉动整流
电路中的 5, 7等次数的谐波, 大大减少了电网中 的谐波含量, 其与 6脉动整流电路中的各次谐波
幅值对比见表 1。
表 1 6 脉动与 12 脉动整流电路各次谐波含量对比
H arm on ics( n ) 5 7 11 13 17 19 23 25 6 p luse 0. 91 0. 46 0. 36 0. 26 0. 23 0. 18 0. 16 0. 14 12 p luse 0 0 0. 53 0. 35 0 0 0. 23 0. 17
k= 1, 2, 3,
由式 ( 1) 可以看出 iA 的基波幅值 I1 和 n次谐
波幅值 In 分别如下:
I1 =
4
3Id , In =
14 n
3Id , n =
12k
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 副边折 算电流 在主侧 相互 叠加, 5th、 7th、17th、19th谐波因相互抵消而被消除, A 相电流
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 220 V, 频率为 50 H z, 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 380 V, 220 V, 220 V。 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 , L 取 0, C 取 inf。
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 MAT LAB-S imu link仿真及谐波分析
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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 S im ulink 环 境下串联 12脉波整流电路的仿真模型见图 2。 2. 2 模型参数设置