当前位置：文档之家 › 单相桥式不控整流电路的谐波分析

单相桥式不控整流电路的谐波分析

  • 格式：doc
  • 大小：954.00 KB
  • 文档页数：18

下载文档原格式

  / 18

合集下载

电力电子技术实验指导(2014下)

电力电子技术实验指导(2014下)

《电力电子技术》实验指导书自动化教研室二○一四年八月实验一单项桥式半控整流电路实验实验性质：验证性实验实验日期：一、实验目的1.加深对单相桥式半控整流电路带电阻性、电阻电感性负载时各工作情况的理解。

2.了解单相桥式半控整流电路的工作原理，学会对实验中出现的问题加以分析和解决。

二、实验设备三、实验线路及原理本实验电路图如图1-1 所示，实验线路图如图1-2 所示。

两组锯齿波同步移相触发电路均在TK-12挂件上，触发信号加到两个晶闸管（锯齿波触发脉冲G1，K1加到VT1的控制极和阴极，G3，K3加到VT3控制极和阴极），图中的R电阻900Ω，电感L d用100mH，直流电压表、电流表从电源控制屏获得。

四、实验内容1.锯齿波同步触发电路的调试。

2.单相桥式半控整流电路带电阻性负载。

3.单相桥式半控整流电路带电阻电感性负载。

图1-1 电路图图1-2 接线路图五、预习要求1.阅读电力电子技术教材中有关单相桥式半控整流电路的有关内容。

2.了解单相桥式半控整流电路的工作原理。

六、思考题1.单相桥式半控整流电路在什么情况下会发生失控现象?七、实验方法1.用两根导线将220V将TKDD-2电源控制屏的交流电压接到TK-12的“外接220V”端，按下“启动”按钮，打开TK-12电源开关，用双踪示波器观察“锯齿波同步触发电路”各观察孔的波形。

2.锯齿波同步移相触发电路调试。

令U ct=0时（RP2电位器顺时针转到底），α＝170o。

3.单相桥式半控整流电路带电阻性负载：按原理图1-2接线，主电路接可调电阻R，将电阻器调到最大阻值位置，按下“启动”按钮，用示波器观察负载电压U d、晶闸管两端电压U VT，调节锯齿波同步移相触发电路上的移相控制电位器RP2，观察并记录在不同α角时U d的波形，测量相应电源电压U2、负载电压U d、电流I d计算公式: U d = 0.9U2(1+cosα)/24.单相桥式半控整流电路带电阻电感性负载①断开主电路后，将负载换成将平波电抗器L d(10OmH)与电阻R串联。

单相桥式半控整流电路导通角变化对输出电压和电流的影响

单相桥式半控整流电路导通角变化对输出电压和电流的影响

单相桥式半控整流电路导通角变化对输出电压和电流的影响1. 引言1.1 概述单相桥式半控整流电路是一种常见的电力电子器件，广泛应用于电力系统和工业领域。

通过控制导通角可以实现对输出电压和电流的调节，从而实现精确的功率控制。

本文旨在研究导通角变化对单相桥式半控整流电路输出电压和电流的影响，进一步揭示其性能特点和优化方向。

1.2 文章结构本文共分为五个部分，各部分内容安排如下：第一部分为引言部分，主要概述了单相桥式半控整流电路的背景和重要性，并简要介绍了文章结构。

第二部分详细介绍了单相桥式半控整流电路的原理和操作方式。

其中包括对整流电路导通角度的定义及其影响因素进行了阐述。

第三部分主要关注导通角变化对输出电压的影响进行实验设计，并提供了相关实验结果的详细数据分析。

第四部分则侧重于导通角变化对输出电流的影响，并以实验结果为基础进行深入讨论，并进一步提出改进方向以及未来研究的展望。

最后，第五部分为结论部分，总结了全文的主要研究成果，并对未来进一步研究方向进行了展望。

1.3 目的通过本文对单相桥式半控整流电路导通角变化对输出电压和电流的影响进行探索，旨在深入理解该电路的性能特点及其优势与局限性。

同时，通过实验设计和结果分析提供了具体数据支持，以期为整流电路性能改进和工程应用提供参考依据。

2. 单相桥式半控整流电路导通角变化对输出电压和电流的影响2.1 单相桥式半控整流电路介绍单相桥式半控整流电路是一种常见的变流器拓扑结构，在工业和家庭应用中广泛使用。

它由四个二极管和一个受控开关组成，可以实现交流电到直流电的转换。

该电路具有简单、可靠、节能等优点，可以广泛应用于直流驱动技术等领域。

2.2 整流电路导通角的定义和影响因素在单相桥式半控整流电路中，导通角度指的是受控开关（例如晶闸管）开始导通至结束导通之间的时间间隔。

导通角度的改变会对整流电路的输出特性产生重要影响。

导通角度受多种因素影响，包括负载情况、输入交流电源频率、集成触发器的设置等。

海上风电场并网点谐波治理方法探讨

海上风电场并网点谐波治理方法探讨

海上风电场并网点谐波治理方法探讨摘要：近年来，随着国家“3060”战略的逐步落地，各沿海省份大力发展海上风电项目，在海上风电项目并网过程中，电能质量问题逐渐引起属地电网的关注，海上风电项目并网电能质量问题中，谐波问题尤为突出。

本文主要分析了风电场产生谐波的原因，并对由于长距离海缆接入引起的地区电网背景谐波放大，从而导致的海上风电项目并网点谐波超标问题的一种治理方法进行了阐述，并以东南沿海某海上风电项目为例，分别对无源滤波和有源滤波两种治理方案进行了分析比较。

关键词：海上风电谐波长距离海缆有源滤波1.谐波产生的原因及危害1.1谐波产生的原因在电力系统中谐波产生的基本原因是由于非线性负载所致。

当电流流经负载时，与所加的电压不呈线性关系，就形成非正弦电流，即电路中有谐波产生。

谐波频率是基波频率的整数倍。

谐波是正弦波，每个谐波都具有不同的频率，幅度和相角。

目前，常用的整流电路几乎都采用晶闸管相控整流电路或二极管整流电路，其中以三相桥式和单相桥式整流电路为最多。

带阻感负载的整流电路产生的谐波为人们所熟悉，另外直流侧采用电容滤波的二极管整流电路也是严重的谐波污染源，还有采用相控方式的交流电力调整电路及周边变流器等电力电子装置也会在输入侧产生大量的谐波电流。

对于风电机组来说，发电机本身产生的谐波是可以忽略的，谐波电流的真正来源是风电机组中采用的电力电子元件，变风速风电机组采用大容量的电力电子元件，直驱永磁同步风力发电机组的交直交变频器采用可控PWM整流或不控整流后接DC/DC变换，在电网侧采用PWM逆变器输出恒定频率和电压的三相交流电；双馈异步风力发电机组定子绕组直接接入交流电网，转自绕组端接线由三只滑环引出接至一台双向功率变换器，电网侧同样采用PWM逆变器，定子绕组端口并网后始终发出电功率，转子绕组端口电功率的流向取决于转差率。

此类原因的谐波治理方式不在本文的讨论范围内。

1.2谐波的危害理想的公用电网所提供的电压应该是单一而固定的频率以及规定的电压幅值。

整流电路的谐波和功率因数分析

整流电路的谐波和功率因数分析

w t1
wt
wt
Id
wt
Id
p-a
p+a
wt
wt
wt
图3-4 单相半波带阻感负载有 续流二极管的电路及波形
13/159
3.1.1 单相半波可控整流电路
☞基本数量关系 u2
O
流过晶闸管的电流平均值为：u d
w t1
wt
p a IdVT 2p Id
O
wt
id
Id
O
wt
iVT
Id
流过晶闸管的电流有效值为：i
T
u
u
1
2
VT
i
u
d
VT
u
d
R
u
2
0
wt 1
p
u
g
2p
wt
0
wt
u
d
0a
q
wt
u
VT
0
wt
图3-1 单相半波可控整流电路及波形
7/159
3.1.1 单相半波可控整流电路
☞直流输出电压平均值
U d
1
2p
p a
2U2 sin wtd(wt)
2U 2
2p
(1
cosa )
0.45U 2
1
cosa
2
☞随着a增大，Ud减小，该电路中VT的a移相范围为180。
O
VD R
p-a
p+a
wt
O
wt
uVT
IVT
1
2p
p a
I
2 d
d
(wt
)
p a 2p I d
O

第3章 整流电路part1

第3章 整流电路part1

可得到 I S
PAC PAC VS PF VS cos1
8
《电力电子技术》
第3章 整流电路
3.1 单相可控整流电路
3.1.1单相半波可控整流电路 3.1.2单相桥式全控整流电路
3.1.3单相全波可控整流电路
3.1.4单相桥式半控整流电路
9
《电力电子技术》
第3章 整流电路
3.1.1 单相半波可控整流电路
《电力电子技术》
第3章 整流电路
第3章
整流电路
3.1 单相可控整流电路
3.2三相可控整流电路
3.3 变压器漏感对整流电路的影响
3.4 电容滤波的不可控整流电路
3.5 整流电路的谐波和功率因数
3.6大功率可控整流电路
3.7整流电路的有源逆变工作状态 3.8整流电路相位控制的实现
1
《电力电子技术》
第3章 整流电路
wt
wt
e)
晶闸管的电流有效值IVT
I VT 1 p 2 p a I a I d d (wt ) 2p 2p d
O i VD f) O u VT g) O
R
wt
wt
wt
20
《电力电子技术》
u2
第3章 整流电路
（3）续流二极管的电流平均值 IdVDR与续流二极管的 电流有效值IVDR w w
22
《电力电子技术》
第3章 整流电路
3.1.2 单相桥式全控整流电路
单相桥式全控整流电路(Single Phase
Bridge Contrelled Rectifier)
1) 带电阻负载的工作情况
电路结构
a)
晶闸管VT1和VT4组成一对桥臂，VT2和VT3组成另一对 桥臂。在实际的电路中，一般都采用这种标注方法，即 上面为1、3，下面为2、4。请同学们注意。

电力系统谐波基本分析方法抑制方法

电力系统谐波基本分析方法抑制方法

电力系统谐波基本分析方法抑制方法電力系統諧波----基本原理、分析方法、抑制方法【摘要】变频器在工业生产中无可比拟的优越性，使越来越多的系统和装置采用变频器驱动方案，而且采用变频器驱动电动机系统因其节能效果明显，调节方便维护简单，网络化等优点，而被越来越多应用，但它非线性，冲击性用电工作方式，带来干扰问题亦倍受关注。

一台变频器来讲，它输入端和输出端都会产生高次谐波，输入端谐波会输入电源线对公用电网产生影响。

本文从变频器产生的谐波原理、谐波测试分析方法，谐波的抑制方法方面进行探讨。

【关键词】电力系统，变频器，谐波分析，谐波抑制。

【引言】谐波存在于电力系统已经很多年了，但是，近年来，随着技术的发展成熟，越来越多的设备系统为提高可靠性和效率广泛采用电力电子变频器，而且电力公司为降低设备所需的额定值以及线路损耗和电压降落，强制要求电力用户提高其自身的功率因数，而电力用户及工厂端改善功率因数的方法是使用功率因数补偿器—电容模组，这两种情况的出现，使得电力系统的谐波问题变得更加严重。

电力用户和工厂端普遍使用的变速传动和电力电子设备是产生这一现象的根源，而这些设备与功率因数校正电容模组之间的相互作用导致了电压和电流的放大效应；半导体电子工业的迅猛发展也导致了大批精密设备的诞生，与过去粗笨的设备相比，这些设备对电力公司供给的电能质量更加敏感，但同时也导致交流电流和电压稳态波形的畸变。

而为了得到可靠清洁的电力能源，人们必须面对电流和电压畸变的问题，而电流和电压的畸变的主要形式是谐波畸变。

【正文】1、变频器谐波产生从结构来看，变频器可分为间接变频和直接变频两大类。

间接变频将工频电流整流器变成直流，然后再由逆变器将直流变换成可控频率交流。

直接变频器则将工频交流变换成可控频率交流，没有中间直流环节。

它每相都是一个两组晶闸管整流装置反并联可逆线路。

正反两组按一定周期相互切换，负荷上就获了交变输出电压，幅值决定于各整流装置控制角，频率决定于两组整流装置切换频率。

整流电路之不可控整流电路_图文

整流电路之不可控整流电路_图文

式中，ud(0)为VD1、VD4开始导通时刻直流侧电压值。 将u2代入并求解得： 而负载电流为：
于是
(3-38) (3-39) (3-40)
(3-41)
2-9
3.4.1 电容滤波的单相不可控整流电路
则当wt=q时，VD1和VD4关断。将id(q)=0代入式 （3-41），得：
(342)
二极管导通后u2开始向C充电时的ud与二极管关 断后C放电结束时的ud相等，故有下式成立：
1) 电容滤波的不控整流电路其输出电压平均值不是一个定数，它将随着RC 的变化而变化。 电阻R减小(负载电流增大)或电容容量C减小→输出电压降低、电压波动加大。 2) 输出电压平均值的最大值是输出电压瞬时值的峰值，输出电压平均值的 最小值是该电路在电阻负载情况下的输出电压平均值。
输出电压平均值的最大值与最小值在不同电路形式下的值
的时刻“速度相等”恰好发生，则有
（3-50）
由上式可得
电流id 断续和连续的临界条件wRC=
在轻载时直流侧获得的充电电流是断续的，重载时是连续的，
分界点就是R= /wC。
通常只有R是可变的，它的大小反映了负载的轻重，因此在轻载时直流侧获得
的充电电流是断续的，重载时是连续的。
a
a
O
wt O
wt
id
id
2) 主要的数量关系
输出电压平均值
空载时，
。
重载时，Ud逐渐趋近于0.9U2，即趋近于接近电阻负载时的特性。
在设计时根据负载的情况选择电容C值，使
,此
时输出电压为： Ud≈1.2 U2。
（3-46）
电流平均值
输出电流平均值IR为：
二极管电流iD平均值为：

谐波原理及治理方法

谐波原理及治理方法

谐波原理及治理方法一、1. 何为谐波？在电力系统中谐波产生的根本原因是由于非线性负载所致。

当电流流经负载时，与所加的电压不呈线性关系，就形成非正弦电流，即电路中有谐波产生。

谐波频率是基波频率的整倍数，根据法国数学家傅立叶(M．Fourier)分析原理证明，任何重复的波形都可以分解为含有基波频率和一系列为基波倍数的谐波的正弦波分量。

谐波是正弦波，每个谐波都具有不同的频率，幅度与相角。

谐波可以区分为偶次与奇次性，第3、5、7次编号的为奇次谐波，而2、4、6、8等为偶次谐波，如基波为50Hz时，2次谐波为l00Hz，3次谐波则是150Hz。

一般地讲，奇次谐波引起的危害比偶次谐波更多更大。

在平衡的三相系统中，由于对称关系，偶次谐波已经被消除了，只有奇次谐波存在。

对于三相整流负载，出现的谐波电流是6n±1次谐波，例如5、7、11、13、17、19等，变频器主要产生5、7次谐波。

“谐波”一词起源于声学。

有关谐波的数学分析在18世纪和19世纪已经奠定了良好的基础。

傅里叶等人提出的谐波分析方法至今仍被广泛应用。

电力系统的谐波问题早在20世纪20年代和30年代就引起了人们的注意。

当时在德国，由于使用静止汞弧变流器而造成了电压、电流波形的畸变。

1945年J.C.Read发表的有关变流器谐波的论文是早期有关谐波研究的经典论文。

到了50年代和60年代，由于高压直流输电技术的发展，发表了有关变流器引起电力系统谐波问题的大量论文。

70年代以来，由于电力电子技术的飞速发展，各种电力电子装置在电力系统、工业、交通及家庭中的应用日益广泛，谐波所造成的危害也日趋严重。

世界各国都对谐波问题予以充分和关注。

国际上召开了多次有关谐波问题的学术会议，不少国家和国际学术组织都制定了限制电力系统谐波和用电设备谐波的标准和规定。

谐波研究的意义，道理是因为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。

整流电路的PFC

整流电路的PFC
2 2 2 f
• 忽略电压谐波时
∑I
n=2
∞
2 n
这种情况下：
Q f为由基波电流所产生的无功功率，D是谐波电流 为由基波电流所产生的无功功率， 是谐波电流 产生的无功功率。 产生的无功功率。
三、R、L负载时交流侧谐波和功率因数分析 1. 单相桥式全控整流电路
1）忽略换相过程和电流脉动，带阻感负载，直流电感L为足 够大（电流i2的波形）
五、抑制谐波与改善功率因数 （一）谐波抑制措施 1.增加整流装置的相数 1.增加整流装置的相数 2.装设无源电力谐波滤波器
许多国家都发布了限制电网谐波的国家标 准，或由权威机构制定限制谐波的规定。 国家标准（GB/T14549-93）《电能质量公 用电网谐波》从1994年3月1日起开始实施。 A.电网电压正弦波相电压波形畸变率极限 A.电网电压正弦波相电压波形畸变率极限
用户供电电 压 (KV) 电压畸变极 限(％)
0.38
0.3 cn 2 U2L 0.2 0.1
n=6
n=12 n=18 0 30 60 90 120 150 180
值随α 增大而增大， α =90°时谐波 ° 幅值最大。
α/(°)
•
α 从90°~ 180°之间电路工作于有源 逆变工作状态，ud 的谐波幅值随 α
增大而减小。
三相全控桥 电流连续时，以n 为参变量的与α 的关系
四、整流输出电压和电流的谐波分析
4） α 不为 °时的情况 ） 不为0°时的情况： 三相半波整流电压谐波的一般表 达式十分复杂，给出三相桥式整 流电路的结果，说明谐波电压与 α 角的关系。 以n为参变量，n次谐波幅值（取 标幺值）对α 的关系如图所示：
• 当α 从0°~ 90°变化时，ud的谐波幅 ° °

单相桥式全控整流电路仿真建模分析实验报告

单相桥式全控整流电路仿真建模分析实验报告

一.实验目的1）不同负载时，三相可控整流电路的结构、工作原理、波形分析。

2) 在仿真软件Matlab中进行单相可控整流电路的建模与仿真，并分析其波形。

二.实验内容单相桥式全控整流电路仿真建模分析一、单相桥式全控整流电路(电阻性负载)1.电路的结构与工作原理1.1电路结构R图 1 单相桥式全控整流电路(纯电阻负载)的电路原理图1.2 工作原理在电源电压正半波，在wt＜α时，晶闸管VT1，VT4承受正向电压，晶闸管VT2，VT3承受反向电压，此时4个晶闸管都不导通，且假设4个晶闸管的漏电阻相等，则ut1(4)=ut2(3)=1/2U2；在wt=α时，晶闸管VT1，VT4满足晶闸管导通的两条件，晶闸管VT1，VT4导通，负载上的电压等于变压器两端的电压U2；在wt=π时，因电源电压过零，通过晶闸管VT1，VT4的阳极电流小于维持晶闸管导通的条件下降为零，晶闸管关断；在电源负半波，在wt＜α+π时，触发晶闸管VT2，VT3使其元件导通，电源电压沿正半周期的方向施加到负载电阻上，负载上有输出电压（Ud=-U2）和电流，且波形相位相同。

此时电源电压反向施加到晶闸管VT1，VT4，使其承受反向电压而处于关断状态；在wt=2π时，因电源电压过零，通过晶闸管VT2，VT3的阳极电流小于维持晶闸管导通的条件下降为零，晶闸管关断。

1.3基本数量关系a.直流输出电压平均值2cos 19.02cos 122)(sin 21222απωωπαπα+=+==⎰U U t d t U U db.输出电流平均值2cos 1.9.02aR U R U I d d +==c.负载电压有效值πππaa U U -+=22sin .2 d.负载电流有效值πππaa R U I -+=22sin 22. 单相桥式全控整流电路建模在MA TLAB 新建一个Model ，命名为quankong1，同时模型建立如下图所示：图 2 单相桥式全控整流电路(电阻性负载)的MATLAB仿真模型2.1模型参数设置在此电路中，输入电压的电压设置为220V，频率设置为50Hz，电阻阻值设置为1欧姆，电感设置为1e-3H，脉冲输入的电压设置为3V，周期设置为0.02（与输入电压一致周期），占空比设置为10%，触发角分别设置为20°，60°，90°，150°因为两个晶闸管在对应时刻不断地周期性交替导通，关断，所以脉冲出发周琴应相差180°。

第3章 习题(3)-带答案

第3章 习题(3)-带答案

第5章交流-直流变换器习题（3）第1部分：填空题1.实际工作中，整流电路输出的电压是周期性的非正弦函数，当 α 从0°～90°变化时，整流输出的电压u d的谐波幅值随 α 的增大而增大，当 α 从90°～180°变化时，整流输出的电压 ud 的谐波幅值随 α 的增大而减小。

2.三相桥式全控整流电路带阻感负载时，设交流侧电抗为零，直流电感L为足够大。

当 α ＝30°时，三相电流有效值与直流电流的关系为I＝Id ，交流侧电流中所含次谐波次数为6k+1 ，其整流输出电压中所含的谐波次数为6k 。

3.对于三相半波可控整流电路，换相重迭角的影响，将使输出电压平均值降低。

4.带平衡电抗器的双反星形可控整流电路适用于低电压大电流的场合，当它带电感负载时，移相范围是0°～90°，带电阻负载时，移相范围是0°～120°；如果不接平衡电抗器，则每管最大的导通角为 60°，每管的平均电流为 1/6 I d。

5.多重化整流电路可以提高功率因数，其中移相多重联结有并联多重联接和串联多重联接两大类。

6.PWM整流电路可分为电压型和电流型两大类，目前研究和应用较多的是PWM整流电路。

7.PWM整流电路的控制方法有间接电流控制和直接电流控制，基于系统的静态模型设计、动态性能较差的是间接电流控制，电流响应速度快、系统鲁棒性好的是间接电流控制。

第2部分：简答题1.无功功率和谐波对公用电网分别有那些危害？答：无功功率，对公用电网带来不利影响有：1)无功功率会导致电流增大和视在功率增加，导致设备容量增加。

2)无功功率增加，会使总电流增加，从而使设备和线路的损耗增加。

3)使线路压降增大，冲击性无功负载还会使电压剧烈波动。

谐波，对公用电网危害包括：1)谐波使电网中的元件产生附加的谐波损耗，降低发电、输电及用电设备的效率，大量的3次谐波流过中性线会使线路过热甚至发生火灾。

PWM整流电路原理分析

PWM整流电路原理分析

一：PWM整流电路1.单相PWM整流电路单相桥式PWM整流电路如图1所示。

按照自然采样法对功率开关器件VT1～VT4进行SPWM控制，就可在全桥的交流输入端AB间产生出SPWM波电压。

中含有和正弦调制波同频、幅值成比例的基波，以及载波频率的高次谐波，但不含低次谐波。

由于交流侧输入电感Ls的作用，高次谐波造成的电流脉动被滤除，控制正弦调制波频率使之与电源同频，则输入电流也可为与电源同频正弦波。

单相桥式PWM整流电路按升压斩波原理工作。

当交流电源电压时，由VT2、VD4、VD1、Ls和VT3、VD1、VD4、Ls分别组成两个升压斩波电路。

以VT2、VD4、VD1、Ls构成的电路为例，当VT2导通时，通过VT2、VD4向Ls储能；当VT2关断时，Ls中的储能通过VD1、VD4向直流侧电容C充电，致使直流电压高于的峰值。

当时，则由VT1、VD3、VD2、Ls和VT4、VD2、VD3、Ls分别组成两个升压斩波电路，工作原理与时类似。

由于电压型PWM整流电路是升压型整流电路，其输出直流电压应从交流电压峰值向上调节，向低调节会恶化输入特性，甚至不能工作。

图1 单相PWM整流电路输入电流相对电源电压的相位是通过对整流电路交流输入电压的控制来实现调节。

图5-47给出交流输入回路基波等效电路及各种运行状态下的相量图。

图中分别为交流电源电压、电感上电压、电阻上电压及输入电流的基波相量，为的相量。

图2 PWM整流电路输入等效电路及运行状态相量图图（b）为PWM整流状态，此时控制滞后的一个角，以确保与同相位，功率因数为1，能量从交流侧送至直流侧。

图（c）为PWM逆变状态，此时控制超前的一个角，以确保与正好反相位，功率因数也为1，但能量从直流侧返回至交流侧。

从图（b）、（c）可以看出，PWM整流电路只要控制的相位，就可方便地实现能量的双向流动，这对需要有再生制动功能、欲实现四象限运行的交流调速系统是一种必须的变流电路方案。

第十讲：整流电路谐波及功率因数分析

第十讲：整流电路谐波及功率因数分析
i (t ) u 0 Cun sin(nt n )
n 1
u (t ) u 0 Cun sin(nt n )
n 1

(2) 谐波
频率为基波频率整数倍的分量 in (t ) Cin sin(nt n ) un (t ) Cun sin(nt n )
k 1,2,3,
O
d
t
a
t
2 I1 sinωt +
n 6k 1 k 1,2,3,

( 1) k 2 I n sin nωt
其中基波和各次谐波有效值为
6 Id I1 I 6 I , n nπ d
12
n 6k 1, k 1,2,3,
——无功功率的定义
非正弦电路中的情况（电压不含谐波，电流含谐波）
无功功率： （1）定义很多，但尚无被广泛接受的科学而权威的定义。
（2）一种简单的定义：
Q S 2 P2
（3）另外一种定义：
S 2 P2 Q 2 D2 f
Q f为由基波电流所产生的无功功率： D是谐波电流产生的无功功率：
整流电路交流侧谐波及无功功率分析
6 I I1 d I 6 I , n nπ d
ud1
= 30 °u
a
ub
uc
n 6k 1, k 1,2,3,
O ud2 ud
t1
Ⅰ u ab Ⅱ u ac Ⅲ u bc Ⅳ u ba Ⅴ u ca Ⅵ u cb
整流电路交流侧谐波及无功功率分析
——三相桥式全控整流电路
ud1
= 30 °u
a
ub
uc

第六章波形畸变与电力谐波

第六章波形畸变与电力谐波

2、非正弦电路的功率和功率因数
有功功率：
P
1
T
T
vidt
0
Vh I h cos h
h1
说明：同频率的电压和电流才构成有功功率。
仿照上式定义无功功率：Q f Vh I h sin h h1
说明：非正弦条件下的无功功率没有明确物理意义，式中 各次谐波无功功率互相抵消现象与实际不符。
三、非正弦电路的功率和功率因数
6.4 谐波的影响和危害
一、对变压器的影响
1）产生导体附加损耗； P I2R (
I12
I
2 h
)2
R
P1
P
h2
2）变压器产生涡流损耗，引起变压器发热或过热；
3）变压器产生铁芯损耗，引起铁芯发热或过热；
4）使变压器产生振动和噪声。
二、对旋转电机的影响
影响情况与变压器类似，简单描述如下：
1）在绕组上产生附加损耗；
有效值：U
1 v2 (t)dt TT
M
U12
U
2 h
h2
M
i(t) 2Ih sin(h 1t h )
h1
I
1 i 2 (t)dt TT
I2 1
IM
2 h
h2
畸变波形峰值与有效值间的关系：
1）畸变波形峰值与 有效值不存在 2 倍的关 系，但各次谐波存在。
2） 畸变波形有效值 与各次谐波分量初相角无 关。初相角影响波形。
1、谐振现象分析
含谐波源的典型供电如图所示。对谐波源而言，电容器 容抗与系统感抗为并联关系。由 (c ) 图可知，对某次谐波系 统的等值阻抗很大，因此有电容器将引发电压放大。
2、谐波放大现象分析

整流电路的谐波和功率因数分析

整流电路的谐波和功率因数分析

•
式中，k=1，2，3…；且：
U d0
2U 2
m

sin

m
2 cos k bn U d0 2 n 1
三、整流输出电压和电流的谐波分析
• 为了描述整流电压ud0中所含谐波的总体情况，定义电压纹波
因数为ud0中谐波分量有效值UR与整流电压平均值Ud0之比：
u
其中：
UR U d0
THDi
Ih 100% I1
二、谐波和无功功率分析基础
2. 功率因数
（1） 正弦电路中的情况
电路的有功功率就是其平均功率：
1 2 P uid (t ) UI cos j 0 2 视在功率为电压、电流有效值的乘积，即S=UI
无功功率定义为： Q=U I sinj 功率因数l 定义为有功功率P和视在功率S的比值：
400 － －
660 － － 1000 － －
3000 － 1500
3900 － 1900 11000 － 9700
35或63
110及以上
4400 2300 3700
二、谐波和无功功率分析基础
1. 谐波
满足狄里赫利条件，可分解为傅里叶级数
• 基波（fundamental）——在傅里叶级数中，频率与工频相同
2 2 2 U U U n d0
UR
而：
n mk
U
m 2
许多国家都发布了限制电网谐波的国家标 准，或由权威机构制定限制谐波的规定。 国家标准（GB/T14549-93）《电能质量公 用电网谐波》从1994年3月1日起开始实施。 A.电网电压正弦波相电压波形畸变率极限
用户供电电 压 (KV)
0.38

谐波讲解

谐波讲解

什么是谐波？谐波有什么伤害？一、谐波1.什么称为谐波：在电力系统中谐波产生的根本原因是由于非线性负载所致。

当电流流经负载时，与所加的电压不呈线性关系，就形成非正弦电流，即电路中有谐波产生。

谐波频率是基波频率的整倍数，根据法国数学家傅立叶(M．Fourier)分析原理证明，任何重复的波形都可以分解为含有基波频率和一系列为基波倍数的谐波的正弦波分量。

谐波是正弦波，每个谐波都具有不同的频率，幅度与相角。

谐波可以区分为偶次与奇次性，第3、5、7次编号的为奇次谐波，而2、4、6、8等为偶次谐波，如基波为50Hz时，2次谐波为l00Hz，3次谐波则是150Hz。

一般地讲，奇次谐波引起的危害比偶次谐波更多更大。

在平衡的三相系统中，由于对称关系，偶次谐波已经被消除了，只有奇次谐波存在。

对于三相整流负载，出现的谐波电流是6n±1次谐波，例如5、7、11、13、17、19等，变频器主要产生5、7次谐波。

“谐波”一词起源于声学。

有关谐波的数学分析在18世纪和19世纪已经奠定了良好的基础。

傅里叶等人提出的谐波分析方法至今仍被广泛应用。

电力系统的谐波问题早在20世纪20年代和30年代就引起了人们的注意。

当时在德国，由于使用静止汞弧变流器而造成了电压、电流波形的畸变。

1945年J.C.Read发表的有关变流器谐波的论文是早期有关谐波研究的经典论文。

到了50年代和60年代，由于高压直流输电技术的发展，发表了有关变流器引起电力系统谐波问题的大量论文。

70年代以来，由于电力电子技术的飞速发展，各种电力电子装置在电力系统、工业、交通及家庭中的应用日益广泛，谐波所造成的危害也日趋严重。

世界各国都对谐波问题予以充分和关注。

国际上召开了多次有关谐波问题的学术会议，不少国家和国际学术组织都制定了限制电力系统谐波和用电设备谐波的标准和规定。

谐波研究的意义，道德是因为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。

电力电子技术简答题全部汇总

电力电子技术简答题全部汇总

1．单相桥式全控整流电路，其整流输出电压中含有哪些次数的谐波？其中幅值最⼤的是哪⼀次？变压器⼆次侧电流中含有哪些次数的谐波？其中主要的是哪⼏次？答：单相桥式全控整流电路，其整流输出电压中含有2k（k=1、2、3…）次谐波，其中幅值最⼤的是2次谐波。

变压器⼆次侧电流中含有2k＋1（k＝1、2、3……）次即奇次谐波，其中主要的有3次、5次谐波。

2．三相桥式全控整流电路，其整流输出电压中含有哪些次数的谐波？其中幅值最⼤的是哪⼀次？变压器⼆次侧电流中含有哪些次数的谐波？其中主要的是哪⼏次？答：三相桥式全控整流电路的整流输出电压中含有6k（k＝1、2、3……）次的谐波，其中幅值最⼤的是6次谐波。

变压器⼆次侧电流中含有6k±1(k=1、2、3……)次的谐波，其中主要的是5、7次谐波。

3．带平衡电抗器的双反星形可控整流电路与三相桥式全控整流电路相⽐有何主要异同？答：带平衡电抗器的双反星形可控整流电路与三相桥式全控整流电路相⽐有以下异同点：①三相桥式电路是两组三相半波电路串联，⽽双反星形电路是两组三相半波电路并联，且后者需要⽤平衡电抗器；②当变压器⼆次电压有效值U2相等时，双反星形电路的整流电压平均值Ud是三相桥式电路的1/2，⽽整流电流平均值Id是三相桥式电路的2倍。

③在两种电路中，晶闸管的导通及触发脉冲的分配关系是⼀样的，整流电压ud和整流电流id 的波形形状⼀样。

4．整流电路多重化的主要⽬的是什么？答：整流电路多重化的⽬的主要包括两个⽅⾯，⼀是可以使装置总体的功率容量⼤，⼆是能够减少整流装置所产⽣的谐波和⽆功功率对电⽹的⼲扰。

5．12脉波、24脉波整流电路的整流输出电压和交流输⼊电流中各含哪些次数的谐波？答：12脉波电路整流电路的交流输⼊电流中含有11次、13次、23次、25次等即12k±1、（k=1，2，3···）次谐波，整流输出电压中含有12、24等即12k（k=1，2，3···）次谐波。

单相桥式全控整流电路中的谐波分析

单相桥式全控整流电路中的谐波分析

相控整流装置在交流侧和直流侧都产生高次谐波 :该装置对于交流侧相当于一个谐波电流源 ;对于直流侧相当于一个谐 波电压源[2] . 下面以单相全控整流桥为例 ,分别就纯电阻负载和大电感负载在不考虑换相重叠角的理想情况进行谐波分析.
1 纯电阻负载[1]
设整流变压器二次侧电压 、电流分别为 u2 、i2 负载电阻 R 上的电压为 udα ,控制角为 α.
∞
∞
uda = Uda + ∑an sinωt + ∑bn cosωt , n = 2 k , k = 1 ,2 ,3 …
n=2k
n=2k
因 uda 为偶函数 ,故 an = 0 ,式 (1 ,2) 中常数 uda 为
π
∫ Uda
=
1 π
2
π 2
+α
2 U2 cosωtdωt =
2 U2 π
(1
+ cosα)
=0,
∫ ∫ an
=
1 π
π
2π
α 2 I2 sinωtsin nωtdωt + π+α 2 I2 sinωtsin nωtdωt
2
(π
-
α) + 2π
sin2α (
n
=
1)
= 0 ( n = 2 k , k = 1 ,2 ,3 , …)
2 2 I2 π
( ncos nαsinαn2 -
sin nαcosα) 1
1. 1 直流侧电压谐波分析 输出电压 uda 可写成[1]
uda =
2 U2 cosωt ( k′π0 ( k′π-
π 2
+α≤ωt
≤k′π+
π 2)
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

1.引言电力电子技术中, 把交流电能变成直流电源的过程称为整流，整流电路的作用是将交变电能变为直流电能供给直流用电设备。

本文研究的单相桥式不控整流电路也属于整流电路。

在本电路中，按照负载性质的不同，可以分为有电容滤波和无电容滤波两类。

如果把该电路的交流侧接到交流电源上，把交流电能经过交—直变换，转变成直流电能。

本文主要对单相桥式不控整流电路的原理与性能进行讨论,并分析其谐波。

侧重点在于借助Matlab 的可视化仿真工具 Simulink 对单相桥式不控整流电路进行建模,选取合适的元件参数，实现电路的功能,并观察不同元件参数改变时波形及谐波的变化情况，并得出相应的仿真结果。

2.Matlab 软件简介Matlab 提供了系统模型图形输入工具——Simulink 工具箱。

在 Matlab 中的电力系统模块库PSB以Simulink 为运算环境,涵盖了电路、电力电子、电气传动和电力系统等电工学科中常用的基本元件和系统仿真模型。

它由以下6个子模块组成:电源模块库、连接模块库、测量模块库、基本元件模块库、电力电子模块库、电机模块库。

在这6 个基本模块库的基础上,根据需要还可以组合出常用的、复杂的其它模块添加到所需的模块库中,为电力系统的研究和仿真带来更多的方便，本次仿真正是以Matlab中的Simulink 工具箱为基础进行的。

3.单相桥式不控整流电路的工作原理3.1单相桥式不控整流电路带电阻性负载的工作原理桥式整流电路如图1所示。

它是由电源变压器、四只整流二极管VD1-4和负载电阻R组成。

四只整流二极管接成电桥形式，故称桥式整流。

在u2正半周，VD1和VD4导通，其作用相当于导线，此时电流经VD1、R、VD4回到电源。

在u2负半周，VD2和VD3导通，其作用相当于导线，此时电流经VD2、R、VD3回到电源。

在R上各得到半个整流电压波形。

这样就在负载RL上得到一个与全波整流相同的电压波形，其电流的计算与全波整流相同，即UL = 0.9U2IL = 0.9 U2/R流过每个二极管的平均电流为Id = IL/2 = 0.45U2/R图1 单相桥式不控整流电路电阻负载原理图3.2电容滤波的单相不控整流电路的工作原理图2为电容滤波的单相桥式不控整流电路的工作原理图。

假设该电路已工作于稳态，ud 表示电阻两端的电压。

其基本工作过程为：在u2正半周过零点u2<ud,故二极管均不导通，此阶段电容C向R放电，提供负载所需电流，同时ud 下降。

至u2超过ud，使得VD1和VD4开通，ud = u2，交流电源向电容充电，同时向负载R供电。

在u2负半周刚好相反。

图2 电容滤波的单相桥式不控整流电路原理图4.单相桥式不控整流电路的模型建立与仿真4.1单相桥式不控整流电路Matlab仿真实验电路如下：图3 单相桥式不控整流电路电路图4.2电容滤波的单相桥式不控整流电路Matlab仿真电路图如下：图4 电容滤波的单相桥式不控整流电路以电容滤波的单相不控整流电路说明其仿真模型的建立。

单相交流电源AC1参数设置为（Um=220V，f=50HZ），整流桥选用普通二极管，参数不用修改。

输出端接电阻性负载，可以仿真各类电阻性负载，由于要求输出电流为100A，故负载选择Series RLC Branch，参数设置为R=2Ω、L=0mH、C=inf，即将电感视为零，电容视为无穷大。

同样，为了实现电容滤波，与电阻并联支路负载选择Series RLC Branch，参数设置为R=0Ω、L=0mH、C=3e-2F，此时的滤波效果比较理想。

由于交流电源频率为50HZ，即工作周期为0.02秒，故仿真时间设置为0.06秒，即三个周期。

用几个示波器分别观察交流电源、输入电流、输出电压以及输出电流波形。

特别注意为了测量波形谐波，接入powergui元件。

4.3感容滤波的单相桥式不控整流电路图5感容滤波的单相桥式不控整流电路5.单相桥式不控整流电路的相关原理与计算5.1 相关参数计算（以电容滤波为例）idVD1 VD3 i2udi c iRθVD2 VD4 δ该电路的基本工作过程是，在u2正半周过零至ωt=0期间，因u2<ud，故二极管均不导通，此阶段电容C向R放电，提供负载所需电流，同时ud 下降。

至ωt=0之后，u2将要超过ud 使得VD1和VD4导通，u2=ud，交流电源向电容充电，期间向负载R供电。

设VD1和VD4导通的时刻与u2过零点相距δ角，则u 2=2U2sin（ωt+δ）（1）在VD1和VD4导通期间，以下方程成立：ud （0）=2U2sinδ（2）ud （0）+C1⎰t c i0d t= u2（3）式中， ud（0）为VD1和VD4开始导通时刻的直流侧电压值。

将（1）代入并求解得:ic =2ωCU2cos（ωt+δ）（4）而负载电流为:iR =Ru2=RU22sin（ωt+δ）（5）由此可知:id = ic+ iR=2ωCU2cos（ωt+δ）+RU22sin（ωt+δ）（6）设VD1和VD4的导通角为θ，则当ωt=θ，VD1和VD4关断。

将id（θ）=0代入式（6），得:tan(δθ+)=-ω(7)电容被充电到ωt=θ时，u2=ud=2U2sin（θ+δ），VD1和VD4关断。

电容开始以时间常数RC按指数函数放电。

当ωt=π，即放电经过π-θ角时，ud降至开始充电时的初值2U2sinδ，另一对二极管VD2和VD3导通，此后u2又向C充电，与u2正半周的情况一样。

由于二极管导通后u2开始向C充电时的ud与二极管关断后C放电结束时的ud相等。

δ和θ仅由乘积ωRC决定。

5.2主要数量关系输出电压平均值空载时，R=∞，放电时间常数为无穷大，输出电压最大，Ud =2U2。

整流电压平均值Ud 可根据前述波形及有关计算公式推导得出。

空载时，Ud=2U2；重载时，R很小，电容放电很快，几乎失去储能作用。

随负载加重，Ud 逐渐趋近于0.9U2，及趋近于电阻负载时的特性。

根据负载情况选择电容C值，使之RC≥（3-5）T/2，T为交流电源的周期，此时输出电压为:U d ≈1.2U2（8）输出电流平均值IR为I R =RUd（9）在稳态时，电容C在一个电源周期内吸收的能量和释放的能量相等，其电压平均值保持不变。

相应地，流经电容的电流在一周期内的平均值为零，又由id = ic+ iR得出I d = IR在一个电源周期中，id有两个波头，分别轮流流过VD1、VD4和VD2、VD3.反过来说，流过某个二极管的电流iVD只是两个波头中的一个，其平均值为id VD =2dI=2RI（10）在给定的实验数据中，代入以上公式计算知本次仿真主要参数为输入电压为220V、50HZ，参数R=2Ω，C=3e-2F。

5.3单相桥式不可控整流电路谐波分析实用的单相不控整流电路带电容滤波时，通常串联滤波电感抑制冲击电流。

电容滤波的单相不控整流电路电路交流侧谐波组成有以下规律：1）谐波次数为基数。

2）谐波次数越高，谐波幅值越小。

3）与带阻感负载的单相全控桥整流电路相比，谐波与基波的关系是不固定的，ωRC 越大，则谐波越大，而基波越小。

这是因为，ωRC越大，意味着负载越轻，二极管的导通角越小，则交流侧电流波形的底部就越窄，波形畸变也越严重。

4）ωLC越大，则谐波越小，因为串联电感L抑制冲击电流从而抑制了交流电流的畸变。

6电容滤波和感容滤波的单相不控整流电路的波形仿真情况6.1电容滤波的单相桥式不控整流电路带电阻性负载输入电压为220V、50HZ，参数R=2Ω，C=3e-2F，由图可见输出电压为220V左右，输出电流大致为100A。

输入电流的谐波分析采用powergui元件，在structure里面选择ScopeData，starttime设置为0.2S,得到的谐波分析图如下，其中可见THD=154.15%。

（THD谐波失真是指输出信号比输入信号多出的谐波成分。

谐波失真是系统不是完全线性造成的。

所有附加谐波电平之和称为总谐波失真。

总谐波失真与频率有关。

）6.2感容滤波的单相桥式不控整流电路输入电压为220V、50HZ，参数R=2Ω，C=3e-2F，L=20mH，由图可见输出电压为220V 左右，输出电流大致为100A，但是相比电阻性负载，输出电流波形更加平整。

即电感的平波作用体现明显。

输入电流的谐波分析同样采用powergui元件，在structure里面选择ScopeData，starttime设置为0.6S,得到的谐波分析图如下，其中可见THD=48.49%。

可见，电感的加入使得THD从154.15%降为48.49%，有明显的削弱谐波的作用。

以一小部分波形为例说明电感的作用，截图如下：在输入交流电压正半周，当达到二极管导通电压后，二极管VD1和VD4导通，由于电感的加入，相比没有电感时，在电压上升期，电感可以储存一部分能量，即阻碍电压的上升，使得上升电压变得平缓。

当电压下降时，储存在电感中的电能释放，使得下降电压变得平缓。

7几个参数的改变对输入电流波形的影响7.1电阻性负载（输入电压为220V、50HZ，参数R=2Ω，C=inf，L=0mH）输入电流波形如上图，其中由于负载为电阻，故而输入电流波形接近于正弦波，此时THD=0.44%，说明此时电阻性负载产生的谐波很小。

7.2电阻性负载带电容滤波（输入电压为220V、50HZ，参数R=2Ω，L=0mH）7.2.1电阻不变，电容变化时波形及谐波情况如下：电容C=3e-2F时：由于电容的加入，使得电路的谐波增大，THD=157.90%，谐波总失真变大。

电容增大时（C=4e-2F）时，波形及谐波分析如下：可见，电容的增大，使得THD变化为168.50%，谐波总失真进一步增大。

当电容减小时（C=4e-3F），时，波形及谐波分析如下：可见，当电容减小时，输入电流波形变得更加不规则，但是THD=78.37%，相对电容为C=3e-2时F有所减小。

当电容进一步减小为（C=2e-3F）时，波形及谐波分析如下：此时输入电流THD=58.47%，可见输入电流总谐波失真进一步减小。

输入电压为220V、50HZ，参数R=2Ω，L=0mH时，电容改变时各数据如下：组别Fundamental THDC=inf（阻性）108.8 0.44%C=4e-2F 214.2 168.50%C=3e-2F 213 157.90%C=4e-3F 126．2 78.37%C=2e-3F 93.6 58.47%由表格数据可知，随着电容C的减小，总谐波失真越来越小，即 RC越大，负载越轻，同时，从波形上看，电容的主要影响有：1）电容越大，滤波效果更加明显，输入电流波形更加规整，更加接近于锯齿波。

2）电容越大，其所能储存的电能越多，释放时的冲击电流也就越大。