基于Simulink三相桥式整流电路及其滤波器的设计

2013届本科毕业设计三相桥式整流电路及其滤波器的设计院（系）名称物理与电子信息学院专业名称电气工程及其自动化学生姓名学号指导教师完成时间2013年5月8日1三相桥式整流电路及其滤波器的设计物理与电子信息学院电气工程及其自动化专业学号：指导教师：摘要：本文在对三相桥式全控整流电路的理论分析的基础上，采用Matlab的可视化仿真工具Simulink建立了三相桥式全控整流电路的仿真模型，对输出电压、电流、控制角、以及负载特性进行了动态仿真与研究。仿真结果和理论计算结果一样，从而证明了仿真结果的有效性和精确性，加深了对三相桥式整流电路的认识和理解，同时对系统的的无功和谐波进行了仿真分析；然后根据无功补偿和滤波的需要提出了无源滤波器的参数确定方法；接着设计出了各次无源滤波器，并将其接入系统，通过仿真分析验证其无功补偿和滤波的可行性，达到了对三相交流电整流和对谐波电流滤除的效果。关键词：整流电路；Simulink；谐波；无源滤波DesignofThree-phaseBridgeRectifierCircuitandFilterCollegeofPhysicsandElectronicInformationElectricalEngineeringandAutomationNo:Tutor:Abstract:Thepaperbasedontheanalysisofthethree-phasebridgecontrolledrectifiercircuittheory,UsingthevisualizationsimulationtoolSimulinkofMatlabestanlishthree-phasebridgecontrolrectifiercircuit.Thedynamicsimulationandanalysisofontputvoltage，current,andloadcharacteristicwereperformed.thesamearesimulationresultsandtheoreticalcalculationresults,demonstratingtheaccuracyandeffectivenessofthesimulationresults,atthesametimedeepingtheunderstandingofthethree-phasebridgerectifiercircuit,andthensimulintandanalyzethereactivepowerandharmonicsofsystembeforefiltering;Secondlydeterminetheparametersofpassiveharmonicfilters;Thirdlyconnectthefilterstothesystemtosimulateandanalyzetheeffectofreactivepowercompensationandharmonicsuppression,reachedtotheeffectofthethree-phasealternatingcurrentrectifierandtheharmoniccurrentfilter.Keywords:Rectifiercircuit;Simulink;Harmonic;Passivefilter2目录摘要..........................................................................................................................................11引言........................................................................................................................................32基于Simulink的三相桥式整流电路建模及仿真分析.......................................................32.1三相桥式整流电路原理.....................................................................................................32.2三相桥式整流电路建模及参数设置.................................................................................42.2.1Matlab/Simulink简介.......................................................................................................42.2.2基于Simulink的建模.....................................................................................................52.3三相桥式整流电路的Simulink的仿真分析....................................................................52.3.1在纯电阻负载时不同触发角的仿真分析......................................................................52.3.2在电阻电感负载时不同触发角的仿真分析..................................................................83三相桥式整流电路的谐波电流的分析及滤除..................................................................113.1谐波概念及产生原因和危害...........................................................................................113.2三相桥式整流电路的谐波电流的仿真分析...................................................................133.3滤除谐波的方法简介与应用...........................................................................................143.3.1常用无源滤波器的设计................................................................................................153.3.2单调谐滤波器的原理及特性.........................................................................................153.3.3双调谐滤波器的原理及特性.........................................................................................163.3.4高通滤波器的原理及特性.............................................................................................164三相桥式整流电路滤波电路的设计仿真..........................................................................174.1三相桥式整流电流在电阻负载及特定触发角下装置的谐波和功率分析...................184.2确定补偿容量及各个滤波器的按比例分配的补偿的无功功率...................................184.3单调谐滤波器及高通滤波器的相关计算.......................................................................195结束语..................................................................................................................................21参考文献..................................................................................................................................21致谢..........................................................................................................................................2231引言整流电路[1]是电力电子电路中出现最早的一种，它将交流电变为直流电，应用十分广泛，电路形式多种多样，各具特色。可以从各种角度对整流电路进行分类，主要分类方法有：按组成的器件可分为不可控、半控、全控三种；按电路结构可分为桥式电路和零式电路；按交流输入相数分为单相电路和多相电路；按变压器二次侧电流的方向是单相或双向，又分为单拍电路和双拍电路。本文就对三相桥式整流电路进行设计，因为三相桥式整流电路，是电力电子技术中最为重要，也是应用最为广泛的电路。不仅应用与一般工业，也广泛应用于交通运输、电力系统、通信系统、能源系统、及其他领域。常用的三相整流电路有三相桥式不可控整流电路、三相桥式半控整流电路和三相桥式全控整流电路，由于整流电路涉及到交流信号、直流信号以及触发信号，同时包含晶闸管、电容、电感、电阻、等多种原件，采用常规电路分析相当繁琐，高压情况下试验也很难进行。因此本文采用Matlab提供的可视化仿真工具Simulink可直接建立电路的仿真模型，随意改变仿真参数，并且可以立即得到仿真结果，直观性强。本文利用Simlink对三相桥式全控整流电路进行建模，对不同控制角，不同负载情况下进行了仿真分析，同时对交流侧电流进行FFT分析，得出三相桥式全控整流电路产生6K±1次谐波，主要是5次及7次谐波，由于谐波的危害十分严重。谐波使电能的生产，传输和利用的效率降低，使电气设备过热、产生振动和噪声，并使绝缘老化，使用寿命缩短，甚至发生故障或烧毁，同时谐波还可引起电力系统局部并联谐振或串联谐振，使谐波含量放大，造成电容器等设备烧毁。谐波还会引起继电保护和自动装置误动作，使电能计量出现混乱对于电力系统外部，谐波对通信设备和电子设备会产生严重干扰，所以对整流产生的谐波必须滤除，以减少电力电子装置对电网的谐波污染。2基于Simulink的三相桥式整流电路建模及仿真分析2.1三相桥式整流电路原理三相桥式全控整流电路原理图如图1所示。三相桥式全控整流电路是由三相半波整流电路演变而来的，它由三相半波共阴极接法（VT1、VT3、VT5）和三相半波共阳极接法（VT4、VT6、VT2）的串联组合。4图1三相桥式整流电路原理图其工作特点是任何时