三相半波整流电路谐波和无功功率仿真.

（二 〇 一 四 年 六 月本科毕业设计说明书 学校代码： 10128 学 号：201011202035题 目：三相半波整流电路谐波及无功功率 的仿真 学生姓名： 学 院：电力学院系 别：电力系 专 业：电气工程及其自动化 班 级： 指导教师：张利宏摘要随着电力电子技术的迅速发展，电力电子装置的工业市场和应用领域正在不断的扩大，越来越多的电气设备对取用的电能形式和对功率流动的控制与处理提出了新的要求。

作为供电电源和用电设备之间的必不可少的非线性接口，在实现功率控制和处理的同时，所有电力电子装置都不可避免的产生非正弦的波形，向电网注入谐波电流，且随着功率变换装置的容量的不断增大、使用数量的迅速上升和控制的多样化等，对电气环境形成了一大公害。

而在电力电子领域中，和三相桥式整流电路相比，三相半波整流电路的无功功率和谐波的研究资料是非常少的，因为三相半波整流电路的变压器会产生直流磁化。

本设计针对三相半波整流电路进行Matlab/Simulink仿真，对三相半波电路的谐波和无功功率有了深层次的分析，利用仿真所得结果为补偿装置提供了数据依据。

关键词：三相半波整流电路；谐波；无功功率；Matlab/Simulink仿真AbstractWith the development of the power electronic technology ,power electronic equipment industry market and application fields are constantly expanding,More and more electrical equipmentput put forward the new requirements for taking the form of electricity and power flow’s control and processing.As a nonlinear interface between power supply and power equipment, in the realization of power control and processing , all of the power electronic device will produce non-sinusoidal waveforms are inevitable.with the increase of testing the capacity of power transformation device and using a rapid rise in the number of the diversification of control, injecting harmonic current to the grid cause a big public hazard of electrical environment.And in the field of power electronics, compared with three-phase bridge rectifier circuit,three phase half-wave rectifier circuit of reactive power and harmonic research is very few because of the three phase half-wave rectifier circuit transformer dc magnetization.This design in view of the three phase half-wave rectifier circuit with Matlab/Simulink,the three-phase half wave circuit of harmonic and reactive power with deep analysis, using the simulation results for compensating device provides a data basis.目录引言 (1)第一章三相半波整流电路 (2)1.1三相半波整流电路概述 (2)1.2三相半波整流电路原理（阻感负载） (2)1.2.1三相半波阻感负载整流电路原理波形（α≤30°） (2)1.2.2三相半波阻感负载整流电路原理波形（α＞30°） (3)第二章整流电路的谐波及无功功率 (5)2.1 无功功率的概念 (5)2.2 谐波的概念 (5)2.3 谐波和无功功率分析基础 (6)2.3.1 谐波分析基础与计算 (6)2.3.2无功功率分析基础与计算 (9)2.4 无功功率的补偿方法 (11)第三章三相半波整流电路谐波与无功功率的MATLAB仿真 (13)3.1 MATLAB/ Simulink简介 (13)3.1.1 Simulink仿真环境 (13)3.1.2 Simulink的基本操作 (14)3.2 三相半波整流电路谐波与无功功率的MATLAB仿真 (15)3.2.1 三相半波整流电路谐波及功率因数的MATLAB仿真模型 (15)3.2.2 三相半波整流电路谐波及功率因数的MATLAB仿真（α=30°） .. 183.2.3 三相半波整流电路谐波及功率因数的MATLAB仿真（α=60°） .. 213.2.4 三相半波整流电路谐波及功率因数的MATLAB仿真（α=90°） .. 223.3三相半波整流电路的谐波及无功功率分析 (23)3.3.1 α=30°FFT模块的分析计算 (23)3.3.2 α=60°FFT模块的分析及计算 (24)3.3.3 α=90°FFT模块的分析及计算 (25)3.3.4 不同触发角FFT分析与计算总结 (26)结论 (27)参考文献 (28)谢辞 (29)引言现在，电力电子装置的运用越来越引起人们的关注，对于电力电子产生的谐波问题，也成了研究人员研究中的一大难题。

“谐波”一词起源于声学。

关于谐波的各类分析早在十八世纪前后就已经有人作出了研究。

而傅里叶等科学家们提出的谐波分析方法在现今社会中仍然被人们所推崇。

作为供电电源和用电设备之间的必不可少的非线性接口，在实现功率控制和处理的同时，所有电力电子装置都不可避免的产生非正弦的波形，向电网注入谐波电流，且随着功率变换装置的容量的不断增大、使用数量的迅速上升和控制的多样化等，对电气环境形成了一大公害。

对于谐波研究的意义，重点就在于谐波危害的严重性。

随着我们电子技术的飞速发展，虽然谐波的危害已经大大减小了，但是有很多领域方面的谐波问题，还是没有得到良好的改善。

而我所做的设计就是选择了目前研究数量最少的三相半波整流电路阻感负载的谐波进行研究，因为在网络和各类文献中，这类研究由于变压器的直流磁化，使研究会很困难。

正是由于这点，我选择了挑战自己，更是为了让自己提高解决困难的能力。

无功功率的存在，对于我们的电力电网来说，是万分重要的。

无功功率在我们的仿真过程中，是用功率因数表示的，因为功率因数的大小可以直观的表示出无功功率的变化。

而在我们的日常生活中，由于无功功率的损耗，许多种类的无功补偿装置已经面世了，随着科技的发展，以后还会有更多更优秀的补偿装置诞生。

本设计针对三相半波整流电路进行Matlab/Simulink仿真，对三相半波电路的谐波和无功功率有了深层次的分析，利用仿真所得结果为补偿装置提供了数据依据。

第一章 三相半波整流电路本文中用到三相半波整流电路，所以在本章对其简单介绍以便于理解本文的后续内容。

1.1三相半波整流电路概述三相整流电路的特点是交流侧是由三相电源供电的，且整流电压脉动较小、易滤波，整流负载容量较大。

三相半波整流电路又分为共阴极组整流电路和共阳极组整流电路两种，我们主要学习的是共阴极组整流电路，因为这种接法有公共端，且连线方便。

1.2三相半波整流电路原理（阻感负载）三相半波整流电路的主电路图如图1-1。

图1-1 三相半波阻感负载主电路图 1.2.1三相半波阻感负载整流电路原理波形（α≤30°）如图1-1所示，负载是阻感负载，且电感为无穷大，电流d i 的波形基本上等同于一条直线，流过晶闸管的电流则类似于矩形波。

α≤30°时，d u 与d i 波形如图1-2。

图1-2 三相半波整流电路α≤30°时阻感负载波形图1.2.2三相半波阻感负载整流电路原理波形（ α＞30°）α＞30°时，比如α=60°时，d u 与d i 波形如图1-3所示。

当2u 过零值时，因为电感的无穷大特性，阻止电流的下降速度，因此a T 将持续导通，一直到下一个晶闸管b T 的触发脉冲来到，就发生换流。

b T 向负载供电的同时，又会向a T 施加反向电压而促使其关断。

在这种情况下d u 的波形中就会出现零以下的部分，如果α增大，d u 波形中X 轴以下的部分将会增多。

图1-3 三相半波整流电路α=60°时阻感负载波形图α=90°时，d u 波形中的X 轴两侧波形的面积近似于相等，所有d u 的平均值近似为零。

由此可见三相半波整流电路的阻感负载移相范围为0°-90°。

第二章整流电路的谐波及无功功率在实际供电中，由于各种外界因素及电力装置自身的影响，会使电压产生各种形式的畸变，因而不能产生完美的正弦波电压，这就是在供电过程中产生了谐波，对电网侧和设备有巨大的影响。

2.1 无功功率的概念在我们日常生活中，由于电力电子装置需要消耗大量的无功功率，因此会对公用电网产生不利的影响。

1）对于无功功率负荷来说，各种用电设备中，白炽灯这种用电设备是只消耗有功功率的，还有一部分同步电动机可发出一定量的无功功率，大多数的用电设备都要消耗无功功率。

2）变压器中的无功功率损耗分为两部分，其中包括励磁支路损耗和绕组漏抗中损耗。

对一台变压器而言，变压器中的无功损耗并不大，但是对于多电压级网络来说，变压器中的无功损耗所占的份额是相当大的。

3）电力线路中的无功损耗同样分为两部分其中一种是并联电纳，另一种就是串联电抗。

但是在电网运行中线路消耗的是容性还是感性的无功功率，是我们无法确定的。

4）无功功率的电源有四种，分别如下：发电机，电容器和调相机，静止无功功率补偿器和静止调相机，还有一种就是并联电抗器。

这几种电源是我们日常生活中接触最多也是最常见的。

2.2 谐波的概念在我们日常生活中的电力电子装置会产生大量的谐波，这些电力电子装置被称为谐波源，比如说一下电力电子器件负载，补偿设备（除了电容器组），铁芯饱和和铁路机车负载等都是谐波源。