(打印)三相桥式整流电路的谐波分析及对策研究_石庆鑫

DOI: 10.11991/yykj.202005002网络出版地址：https:///kcms/detail/23.1191.U.20201202.1358.006.html三相不控整流电路的谐波模型及容性电路等值特性分析张岩1，王华佳1，张高峰1，王庆玉1，马硕2，庄静茹21. 国网山东省电力有限公司 电力科学研究院，山东 济南 2500002. 山东大学 电气工程学院，山东 济南 250061摘 要：为了分析具有很高的谐波畸变率的三相桥式不控整流电路的谐波特性，本文针对三相桥式不控整流电路建立了谐波耦合导纳矩阵模型，并对该电路的对外等值谐波特性进行了研究。

首先建立了三相桥式不控整流电路的频域谐波耦合导纳矩阵模型，在此基础上推导出电路在畸变电压条件下的谐波特性等值电路；详细阐述了畸变电压条件下电路呈现容性的机理，得出电路的对外特性在不同电压及负载参数下的变化规律；并提出可使电路表现为容性的电路参数范围求解方法，分析结果可为避免电路与系统电抗产生非线性谐振提供参考。

关键词：三相桥式整流滤波电路；谐波模型；容性特性；参数范围；谐波耦合导纳矩阵；电压畸变；频域；非线性谐振中图分类号：TM711 文献标志码：A 文章编号：1009−671X(2021)02−0023−06Analysis of the harmonic model and capacitive characteristics ofthree-phase uncontrolled rectifier circuitZHANG Yan 1, WANG Huajia 1, ZHANG Gaofeng 1, WANG Qingyu 1, MA Shuo 2, ZHUANG Jingru 21. China State Grid Shandong Power Supply Company Electric Power Research Institute, Ji’nan 250000, China2. School of Electrical Engineering, Shandong University, Ji’nan 250061, ChinaAbstract : In order to analyze the harmonic characteristics of the three-phase bridge uncontrolled rectifier circuit with high harmonic distortion rate, this paper establishes the harmonic coupling admittance matrix model for the three-phase uncontrolled bridge rectifier circuit, and studies the external equivalent harmonic characteristics. Firstly, the frequency domain harmonic coupling admittance matrix model of the three-phase uncontrolled bridge rectifier circuit is established, based on which the harmonic equivalent circuit under the distorted voltage condition is deduced. Then the mechanism of the capacitive characteristic of the circuit under the distorted voltage condition is described in detail,obtaining the variation rules of the external characteristics of the circuit under different voltage and load parameters. In addition, a method for solving the circuit parameter range which can make the circuit capacitive is proposed, which provides a reference for avoiding nonlinear resonance between the circuit and the system reactance.Keywords: three-phase bridge rectifier capacitance filtering circuit; harmonic model; capacitive characteristics;parameter range; harmonic coupled admittance matrix; voltage distortion; frequency-domain; nonlinear resonance近年来，随着分布式电源和多元负荷的接入，电力电子技术的发展使电网的运行与控制趋于复杂多样，大量采用三相不控整流电路的用电设备在工业生产和日常生活中获得了广泛应用[1−3]，其广泛且随机分布在配电系统中，具有较高的谐波畸变，影响电力系统的电能质量，已经成为引起普遍关注的谐波源[4−5]。

谐波注入串联三相桥式12脉波整流电路的研究袁发庭;秦实宏;姚湘陵【摘要】简要分析串联三相桥式12脉波整流电路的基本原理,针对谐波对电网的影响以及提高功率因素,采用谐波注入三相桥式12脉波整流电路,实现24脉波无源多电平整流.基于matlab/simlink建立谐波注入12脉波整流电路的仿真模型.实验结果表明,谐波注入法明显降低交流侧电流的谐波含量和输入电流总畸变率(THD),同时改善功率因素,大大降低了谐波对电网的干扰,提高了电能的利用率.%The paper analyzes principle of series three-phase bridge 12 pulse rectifier circuit briefly. According to the influence of harmonic wave to power grid and improvement of power factor, harmonic wave is injected into the three-phase bridge 12 pulse rectifier circuit so that we realize twenty-four pukse passive multilevel rectifier- Besides, we build the model of twelve pulse rectification circuit with harmonic injection by matlab/simlink. The experimental result indicate that harmonic wave injection method can reduce harmonic content of AC side and total harmonic distortion (THD), it is not only cut out interruption of harmonic wave with power grid, but also enhance the energy utilization.【期刊名称】《电子设计工程》【年(卷),期】2013(021)002【总页数】5页(P100-103,107)【关键词】谐波注入;12脉波整流;THD;功率因素【作者】袁发庭;秦实宏;姚湘陵【作者单位】武汉工程大学电气信息学院,湖北武汉430205;武汉工程大学电气信息学院,湖北武汉430205;武汉工程大学电气信息学院,湖北武汉430205【正文语种】中文【中图分类】TM461.5环境保护和可持续发展是当今世界的热点问题，同样与人类生活密切相关的电力系统也是一种“环境”，也面临着污染。

三相桥式整流电路中谐波电流的计算新⽅法三相桥式整流电路中谐波电流的计算新⽅法李槐树李朗如摘要提出了⼀种实⽤的新⽅法来计算三相桥式整流器所产⽣的谐波电流。

本⽅法考虑了交流侧电抗及电⽹中存在的谐波电压，导出了交直流两侧谐波电流的计算公式。

计算与实测结果表明，本⽅法准确实⽤。

关键词：三相桥式整流器波形畸变谐波电流谐波电压计算A New Method to Calculate Harmonic Currents in A Three-PhaseBridge RectifierLi Huaishu Li Langru(Huazhong University of Science and Technology 430074 China)Abstract This paper presents a new method to calculate the harmonic currents on both DC and AC sides in a three-phase bridge rectifier operating under pre-existing voltage distortion.The proposed method,which takes into account the AC side reactances and harmonic voltages already existing in AC network,gives out the calculating equations of DC and AC sides harmonic currents.Some practical rectifier circuits are calculated and carefully tested.The calculated results show that the proposed method is more accurate and more practical.Keywords:Three-phase bridge rectifier Voltage distortion Harmonic current Harmonic voltage Calculation1 引⾔电⼒系统中三相桥式整流器的使⽤极为⼴泛，由此引起的谐波电流也成了⼈们⽇益关注的问题。

三相桥式整流电路的谐波分析作者：曹军峰来源：《硅谷》2014年第16期摘要随着科学技术的快速发展，电力电子装置应用的越来越规范，尤其是整流电路，但是该电路在使用过程中，需要考虑所产生的谐波，文章针对这一问题进行分析。

关键词谐波；三相桥式；整流电路中图分类号：TM71 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）16-0138-01当前，在工作过程中，许多电力电子装置都会产生谐波，会对公用电网带来危害。

尤其是整流电源，大多数整流电源都是通过改变触发角α，来实现稳压或调压工作的，即相控调压。

这些相控调压设备大多是谐波源，对电网的危害主要表现在以下三个方面。

1）谐波使电网中的电力电子装置产生一部分谐波损耗，影响了发电设备、输电设备和用电设备的工作效率，除此之外，谐波的存在加大了火灾发生的概率。

2）谐波的存在使得电气设备不能正常运转，严重时会导致电网出线并联和串联谐振情况。

3）谐波会导致继电保护和自动装置的误动作，会对邻近的通信系统产生干扰。

本文是以三相桥式相控整流电路为例，完成谐波分析。

1 三相相控整流电路整流的工作原理是利用三相交流电设备，将交流电转化成直流电，通用的交流电设备主要有：变频器、UPS等。

当前，整流环节的类型分为两种：1）使用二极管或可控硅的多脉冲整流；2）是使用IGBT的PWM整流技术。

因为整流环节会向输入侧电网注入谐波，对同一电网里的其他设备产生干扰，所以谐波的大小是区别各种整流技术的重要指标。

三相全控桥式整流电路由一组共阴极接法的三相半波可控整流电路和一组共阳极接法的三相半波可控整流电路串联而成。

因此，整流输出电压的平均值Ud为三相半波整流时的两倍，在大电感负载时为：，式中U2l为变压器次级线电压有效值。

为分析方便，把一个周期分为6段，每段相隔60°。

在第（1）段期间，a相电位ua最高，共阴极组的V1被触发导通，b相电位ub最低，共阳极组的V6被触发导通，电流路径为ua→V1→R（L）→V6→ub。

目录1.引言 (2)2.Matlab 软件简介 (2)3.单相桥式不控整流电路的工作原理 (2)3.1单相桥式不控整流电路带电阻性负载的工作原理 (2)3.2电容滤波的单相不控整流电路的工作原理 (3)4.单相桥式不控整流电路的模型建立与仿真 (4)4.1单相桥式不控整流电路 (4)4.2电容滤波的单相桥式不控整流电路 (4)4.3感容滤波的单相桥式不控整流电路 (5)5.单相桥式不控整流电路的相关原理与计算 (5)5.1相关参数计算（以电容滤波为例） (5)5.2主要数量关系 (6)5.3单相桥式不可控整流电路谐波分析 (7)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 (7)6.1电容滤波的单相桥式不控整流电路带电阻性负载 (7)6.2感容滤波的单相桥式不控整流电路 (8)7.几个参数的改变对输入电流波形的影响 (10)7.1电阻性负载 (10)7.2电阻性负载带电容滤波 (11)7.3阻感负载带电容滤波 (15)8.主要结论 (18)9.心得体会 (19)10.参考文献 (19)1.引言电力电子技术中, 把交流电能变成直流电能的过程称为整流，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，就能转变成直流电能。

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,并主要分析其谐波。

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。

新能源与动力工程学院用simulink对三相桥式全控整流电路仿真和谐波分析专业电力工程与管理班级电力工程与管理1101姓名李宁军学号201110844指导教师董海燕2014年11 月2日用simulink 对三相桥式全控整流电路仿真和谐波分析摘要：随着社会生产和科学技术的发展，整流电路在自动控制系统、测量系统和发电机励磁系统等领域的应用日益广泛。

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、电阻等多种元件，采用常规电路分析方法显得相当繁琐，高压情况下实验也难顺利进行。

Matlab 提供的可视化仿真工具可直接建立电路仿真模型，随意改变仿真参数，并且立即可得到任意的仿真结果，直观性强，进一步省去了编程的步骤。

本文利用Simulink 对三相桥式全控整流电路进行建模，对不同控制角、负载情况下进行了仿真分析，既进一步了解三相桥式全控整流电路的工作原理，同时进行了FFT 谐波分析，这对于评估电力电子装置对电网的危害和影响有非常重要的作用。

对三相桥式全控整流电路交流侧产生的谐波进行仿真分析，从而证明了仿真研究的有效性在在现代电力电子技术中具有很重要的作用和很广泛的应用。

1. 工作特点和电路的构成：三相桥式全控整流电路原理图如图1所示。

它由三相半波共阴极接法(VT1，VT3，VT5)和三相半波共阳极接法(VT1，VT6，VT2)的串联组合。

其工作特点是任何时刻都有不同组别的两只晶闸管同时导通，构成电流通路，因此为保证电路启动或电流断续后能正常导通，必须对不同组别应到导通的一对晶闸管同时加触发脉冲，所以触发脉冲的宽度应大于π／3的宽脉冲。

宽脉冲触发要求触发功率大，易使脉冲变压器饱和，所以可以采用脉冲列代替双窄脉冲；每隔π／3换相一次，换相过程在共阴极组和共阳极组轮流进行，但只在同一组别中换相。

现代电力电子非线性设备由于电力电子设备在各行业的大量应用作为非线性设备谐波源衍生物的电力谐波也比较普遍根据日本电气学会对186家有代表性的电力用户的调查结果无谐波源的用户仅占6主要谐波源来自90的电力电子装置用户电力电子变换装置是目前主要的谐波源
2.5整流电路的谐波与功率因数
1. 谐波基本概念

正弦电压，可表示为：
包含零序、正序、负序分量
2.无功的基本概念
1） 线性电路：
u 2U sin t
i 2 I sin( t ) 2 I cos sin t 2 I sin cos t i p iq
有功： P UI cos 无功： Q UI sin 视在：S UI
4.谐波标准
国家标准GB/T14549-1993
表1 国家标准GB/T14549-1993
电网标称 电网总谐波畸变 各次谐波电压含有率% 电压（kV） 率 奇次 偶次 % 0.38 5.0 4.0 2.0 6 10 35 3.0 2.0 2.1 1.6 1.2 0.8 4.0 3.2 1.6
66
110
4.谐波标准
表2 低压电网谐波标准GB/T14549-1993
4.谐波标准
IEEE STD. 519-1992 表1-3IEEE STD. 519-1992
Maximum Harmonic Current Distortion in Percent of . Individual Harmonic Order (Odd Harmonics)
u (t ) 2U sin(t )
其中 U －电压有效值 －初相角 －角频率
1.谐波基本概念

非正弦电压，可表示为：

三相桥式整流电路谐波的概率分析王喜莲;王翠【摘要】为了抑制谐波干扰,对三相桥式全控整流装置的谐波进行分析和预测,得到三相电压对称与不对称条件下谐波的成分、含量及THD.考虑三相电压不对称实际情况.以指数分布表示三相不平衡因子幅值的概率密度函数,建立了一种关于三相桥式全控整流电路的概率模型.利用此模型对整流装置交流侧电流中的特征谐波与非特征谐波的幅值和相角进行了分析,并采用Monte Carlo方法、电路模型抽样方法与所建立概率模型计算结果进行了对比验证,3种方法得到一致的谐波特性对比结果,验证了所建立概率模型的正确性.【期刊名称】《北京交通大学学报》【年(卷),期】2016(040)005【总页数】7页(P93-99)【关键词】谐波分析;概率模型;三相桥式整流电路;Monte Carlo【作者】王喜莲;王翠【作者单位】北京交通大学电气工程学院,北京100044;北京交通大学电气工程学院,北京100044【正文语种】中文【中图分类】TM71随着电网中的非线性负载越来越多，由此带来的谐波公害越来越严重，这一问题已经引起了众多学者和工业界的关注[1].研究整流装置的谐波产生机理，并用准确和实用的模型表征其谐波产生特性[2-3]，将更加有利于电力系统谐波问题的分析与治理[4].以大电感负载为例对三相桥式相控整流电路网侧电流进行傅里叶级数展开，得出结论：三相桥式相控整流电路相当于一个包含高次谐波的电流谐波源[5].因此准确地检测整流电路的谐波具有很实际的意义.整流电路的谐波分析中，时域仿真法是最准确的，但不能有效反映谐波源的谐波产生机理[6].频域法中的电流源法是根据系统的基频潮流结果及谐波源的典型频谱计算出特定运行条件下谐波源注入系统各次谐波电流的幅值和相角，但在系统电压畸变严重的情况下，结果不够准确[7].文献[8-10]讲述了概率方法在谐波分析中的应用.文献[11-12]讲述了Monte Carlo方法对于谐波处理的应用.文献[13-16]分别对6脉波和12脉波整流电路的概率模型仿真、Monte Carlo仿真结果进行对比，验证概率模型的可行性.这种方法只依赖于系统可调节变量，而与系统结构及外界环境无关，结果准确，有很好的应用价值.本文作者在此基础上，构建了一种新的概率模型，通过对三相桥式全控整流电路的交流侧电流进行傅里叶分析，根据得到的交流侧电流谐波成分及含量的不同分别进行分析.基于三相电源不对称性的内因和外因考虑，选择实际系统中常用的不对称因子搭建新的概率模型，对新的概率模型求取其概率密度函数并绘制相应的曲线，使用Monte Carlo方法和电路模型的仿真分析方法验证概率模型的正确性.在工业和生活用的负载中，大多是阻感负载，例如电动机、日光灯和电力机车等.阻感性负载提供直流电的整流器是电力电子装置谐波分析的主要对象，本文以三相桥式全控整流电路为例进行谐波分析.微网系统中的谐波源大致分为两类：电网电压的三相不平衡及电力电子原件组成的非线性负载.本文主要对这两类情况进行研究.当系统电源不对称时，其交流侧电流除了有5、7、11、13等次特征谐波外，还会出现3、6、9等次非特征谐波.具体仿真分析如下：利用Simulink模块库，在Matlab中的仿真平台中搭建三相桥式全控整流电路的电路模型，对其进行仿真分析得到交流侧电流的波形图，若无特殊说明，下文均以A相电流为例进行讨论.通过对三相桥式全控整流电路的交流侧电流进行(Fast Fourier Transformation,FFT)分析，可以得到关于谐波的具体信息：各次谐波的含量比例图和谐波总畸变率THD的值.图1、图2分别为三相电压对称与不对称时，且其他条件一定时,取的一组随机结果对比图.从图1与图2看出：在三相电源对称与不对称的情况下，交流侧电流波形大致相同，波峰处有差异.从傅里叶分析结果可以看出，特征谐波与非特征谐波相对于基波的含量大小.为方便观察谐波的值，图1、2(b)中基波的含量可近似化，在三相电源对称时，6k±1(k=1，2，3)次谐波含量很大，占据主导作用，即特征谐波是主要的谐波含量.而在三相电源不对称时，除了特征谐波含量占主导作用，非特征谐波也有一定的含量，即6k-3(k=1，2，3)次谐波，而系统的供电电源由于多方面因素的干扰，大多数情况下得不到三相对称电源，因此特征谐波与非特征谐波均在本文的讨论范围内.还可以看出，谐波总畸变率THD的值在三相电源不对称时较高.2.1 谐波的概率模型建立对于处于三相电压不平衡状态下的6脉波整流器——三相桥式全控整流电路，分析其用于谐波计算的简化数学模型和基本数学模型[17]，随后求取对应的概率密度函数是本文的研究主线.本文作者提出了一种新的概率模型，求取与之对应的概率密度函数及pdf曲线，同时利用基本的数学模型进行Monte Carlo仿真分析，从而验证用于简化概率模型的分析方法的正确性.同时本文还将在Matlab平台搭建电路模型，通过对交流侧电流谐波的幅值和相角随机取样进行仿真分析，验证概率模型与电路模型的吻合性.假设6脉波整流器的三相供电电压中含有复杂的不平衡因子UBF=τejθ，那么交流侧电流中h次谐波的幅值和相角的近似表达式为[16]式中：α是触发角也称控制角；θ为导通角；V为相电压；Rd为直流侧的等效电阻.式(2)中：当h=6k+1时，取”+”；当h=6k-1时，取”-”.式(4)中，U是为1或0的整数，当h=6k+1时，其值为1；当h=6k-1时，其值为0.Ih和βh分别为特征谐波(h=6k+1, k=1,2,3…)的幅值和相角的表达式；Jh和φh分别为非特征谐波(h=6k-3, k=1,2,3…)的幅值和相角的表达式.在实际的配电系统中，τ通常小于2%.从式(1～4)中，可以看到交流侧电流的幅值和相角基本上由触发角、不平衡因子的模值及相角决定.基于大多数情况的考虑，假定触发角服从均匀分布，三相电源的复杂不平衡因子的模值服从指数分布，不平衡因子的相角服从均匀分布.从实际情况考虑，三相电压的复杂不平衡因子取较小值时的概率较大，取较大值时的概率较小，因此选用指数分布来模拟.其中触发角、三相电源处不平衡因子的模值及相角的概率密度函数f(α)、f(τ)、f(θ)分别为式(6)中，λ>0是指数分布的一个参数.由已知的θ的概率密度函数，利用概率论的相关知识可以求得cos θ的概率密度函数为由于直接计算τcos θ的概率密度函数较复杂，通过软件仿真得到其图形，积分下限为0.01时的结果如图3所示.因此三相电源处的不平衡因子τcos θ近似服从期望为0，方差σ2=1/λ2的正态分布.2.2 概率模型的概率密度函数求解基于实用性和用途广泛性来考虑，下面对负载是否任意、三相电源电压不对称及α取不同值时特征谐波与非特征谐波的概率密度函数进行分析.由2节分析可知τcos θ服从正态分布，因而其线性组合也服从正态分布，由文献[13]知幅值和相角的概率密度函数，当固定负载、固定触发角及三相电源电压不对称时，特征谐波的幅值和相角的概率密度函数的表达式分别如下式中：特征谐波即h=6k±1次谐波k为正整数；非特征谐波即h=6k-3次谐波；k 为正整数.非特征谐波的幅值和相角的概率密度函数的表达式为其中Jh大于0.当处于任意负载和触发角在区间内变化及三相电源电压不对称时，特征谐波的幅值与相角的概率密度函数的表达式如下式中，h=6k±1，k为正整数.则有非特征谐波的幅值与相角的概率密度函数的表达式为式中(π2Rd)、X=Acos α、Y=-hπ/2±π/2，其中h=6k-3，k为正整数.对建立新的概率模型，通过求取其概率密度函数和运用Monte Carlo仿真及对电路模型采样得到概率密度曲线的方法进行吻合程度分析验证.通过3种分析方法分别得到概率模型的概率密度曲线并验证其吻合性.由概率模型的概率密度函数(式(9)～式(16))进而求得其概率密度曲线；Monte Carlo仿真分析方法，是利用程序语言实现对三相桥式全控整流电路交流侧电流的幅值和相角的概率分析的方法；以及对Matlab中Simulink环境下搭建的电路模型中交流侧电流幅值与相角于不同条件下多次采样而形成的概率密度曲线的分析.Monte Carlo仿真方法是通过对变量α、τ、θ分别进行104次采样，然后用于计算Ih、βh、Jh和φh的概率密度函数曲线.电路模型采样指的是对于搭建的电路模型在变量α、τ、θ及负载变化时，分别进行采样，从采样得到的数据中随机而又不失规律的取数，这样可使结果具有一般性，从而验证与Monte Carlo方法及概率分析方法的吻合度，以使概率分析方法更具适用性.3.1 幅值的仿真分析在α=15°，τ、θ取值变化一致、负载情况相同时，可以得到特征谐波中5、7、11、13次谐波幅值的概率密度函数情况如图4所示.从图4可以看出，随着谐波次数的增加，概率最大时谐波电流的幅值依次减小，并且谐波电流幅值的变化区间逐渐缩小，但是各次谐波的变化趋势极其相似，都类似于非标准的正态分布.因相似性，仅以5次谐波为例来研究其幅值的概率密度曲线在3种分析方法下结果的吻合性.图5(a)是在α=15°、τ的平均值约为电源电压的5%、θ服从0～2π间均匀分布的条件下的仿真结果.可以看出3种分析方法得到的结果具有高度的同一性.验证对于电路模型的适用性. 图5(b)是当α∈[15°, 60°]时，对于电路模型，抽取α、τ、θ及负载等变量在相应区间变化下的一系列取值，对其进行仿真验证，得到其对应的pdf结果.从图5(b)可以看出，其pdf曲线类似于正态分布，3种分析方法下的仿真结果对比，可以看到结果的吻合程度之高.图5(c)为α∈[15°, 85°]时，由图5(c)可观察到：概率模型分析方法与其他两种方法的吻合程度之高.7、11、13等次特征谐波可由类似的方法获得对应的概率密度函数，其变化趋势与5次谐波类似.交流侧电流非特征谐波幅值的概率密度曲线分析，在谐波成分中，非特征谐波的含量相对较少，在图2(b)中看到随着谐波次数的升高，含量依此减少，因此在h=6k-3次谐波中，仅以3次谐波为例进行论述.以下是对α=15°、τ的平均值约为电源电压的5%、θ服从0～2π间的均匀分布环境下的仿真分析，如图6(a)所示.可以看出下述波形图6(a)～图6(c)为正态分布图形的一半，电路模型仿真结果与概率方法分析结果和Monte Carlo仿真结果都高度吻合，验证了概率模型对电路模型的适用性.当α∈[15°, 60°]及α∈[15°, 85°]，其他条件不变时，仿真得到的图形分别如图6(b)、图6(c)所示.3种方法仿真结果的吻合程度可以明显的观察到.3.2 相角的仿真分析对于相角的仿真分析，同样采用3种方法进行仿真验证，对于5、7次特征谐波的相角,3种仿真方法得到的结果分析如图7(a)和图7(b)所示.对于3次非特征谐波的相角,3种仿真方法得到的结果如图7(c)所示.对于交流侧电流谐波的相角分析,分为特征谐波与非特征谐波两种情况,特征谐波中分别对5、7次谐波的相角在变化区间0～2π内的概率密度分布情况进行分析,非特征谐波中对3次谐波的相角在变化区间0～2π内的概率密度分布情况进行仿真分析.图7分别是3、5、7次谐波的相角分布情况进行仿真研究.其中α∈[15°, 90°]、τ的平均值约为电源电压的5%、θ服从0～2π间的均匀分布环境下的仿真结果.1)本文搭建了新的概率模型，该模型是基于统计分析的思想，能够实现对系统谐波很好的预测研究.相比于其他方法，本文方法能更好的反映系统谐波的概率分布情况，为谐波预测提供直观的依据.2)对三相桥式全控整流电路在变量α、τ、θ及Rd变化时的不同条件下，运用仿真方法对搭建的新的概率模型进行验证谐波的幅值及相角的变化特性：幅值及相角在相应变化区间的可能取值的概率大小，得到了大体一致的结果，验证了概率模型的正确性，为后续谐波的抑制分析奠定了基础.【相关文献】[1] 杨万开, 肖湘宁, 杨以涵. 电网中三相电压不对称谐波及负序电流检测方法的研究[J]. 电网技术, 1997, 21(11): 45-48. 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European Transactions on Electrical Power Engineering, 1992, 2(4): 237-244.。

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
电压畸变极 限(％)
５
6或10 35或63 110
４
３
1.5
B.用户单台变流设备接入电网的允许容量
用户供电电 压
(kV)
0.38
6或10
35或63
110及以上
设备型式
不控 半控 全控
不控 半控 全控
不控 半控 全控
不控 半控 全控
=0时：m脉波整流电路的整流电压
和整流电流的谐波分析
1) 整流输出电压谐波分析：
将纵坐标选在整流电压的峰值处，则在-/m~/m区间，整
流电压的表达式为：
ud0 2 cost
对该整流输出电压进行傅里叶级数分解，得出：
ud0
Ud0
bn
nmk
cos nt
Ud0 1
2 cos k
nmk n2 1
五、抑制谐波与改善功率因数
相控变流技术的电力电子装置存在着网侧功率因 数低以及投网运行时向电网注入谐波的两大问题。 采取措施，抑制以至消除这些电力公害是电力电子 技术领域中一项重要的研究课题，也是国内外学者 研究的热门课题。
bn
R2 (nL)2
n次谐波电流的滞后角为：
jn
arctan
nL
R
四、整流输出电压和电流的谐波分析
3） =0时整流电压、电流中的谐波有如下规律：
（1）m脉波整流电压ud0的谐波次数为mk（k=1，2，3...）次，即m的 倍数次；整流电流的谐波由整流电压的谐波决定，也为mk次；
（2）当m一定时，随谐波次数增大，谐波幅值迅速减小，表明最低 次（m次）谐波是最主要的，其它次数的谐波相对较少；当负载中 有电感时，负载电流谐波幅值dn的减小更为迅速；

LC滤波的三相桥式整流电路网侧谐波分析裴云庆姜桂宾王兆安 2006-02-20 17:06:19 西安交通大学（西安 710049）Analyze of line harmonic current of three phase rectifier with LC filterAbstract: For the 3 phase capacitive rectifier, which was widely used in the power electronics equipment, LC filter in DC is an effective structure to improve the power factor and reduce the input harmonic current. A theory equation was derived in this paper, which show the relationship between the input characteristics and the circuit parameter. It was proved by the simulation and the experiment.Key words: 3 phase rectifier harmonic power factor1 概述随着电力电子技术的飞速发展，其应用已经深入到电力、冶金、化工、通讯、铁路电气以及家电等各个领域，在电力电子装置中，整流器作为装置与电网的接口占有相当大的比重，采用电容滤波、二极管构成的三相不可控整流电路随着变频器、开关电源及UPS等装置的广泛应用，其所占比例越来越高。

同时这种整流电路对电网的不利影响，如输入电流谐波等，也受到了广泛的重视。

虽然目前可以采用PFC装置、有源滤波器等方案解决其带来的各种不利影响，但采用接入电抗器仍为最为简单和常用的一种提高功率因数、抑制谐波的方法。

三相桥式整流电路的谐波分析及对策研究石庆鑫,卢艺丹(浙江大学电气工程学院,杭州310027)摘要:简要论述了谐波对电气设备的危害以及电力电子装置中谐波的产生原因,并且以目前应用较广的三相整流电路为例,推导了其谐波电流的数学模型,分析了谐波与功率因数的关系。

然后分析了实际应用的三相整流电路中各个元件对谐波的抑制作用。

最后利用M atlab中的Si m uli nk仿真功能,记录了基于I GBT的三相桥式整流电路的电压、电流波形。

通过改进前和改进后的三相整流电路输出波形的对比,初步验证了谐波抑制的原理,提出了三相整流电路的改进建议。

关键词:三相整流电路;谐波;功率因数中图分类号:TM711文献标识码:B文章编号:1003-9171(2010)11-0007-04Anal ysis on Harmonic of Three-phase Ful-l bri dgeRectifier Circuit and Counterm eas ureShi Q ing-x in,Lu Y-i dan(College of Eletri ca l Eng i neering,Zhejiang U ni versity,H angzhou310027,Ch i na)Abstract:This paper gives a brief summ ar y on the detrm i ent of har mon i c to w ards electrical equ i p m ents asw ell as the reason of generation of har mon ic in electrical equi pm e nts.T aking t he exa mple of currently used dev i ce three-phase f ul-l bri dge rect ifier circuit,t he paper then gives a basic de m onstrat i on of its math m atical m odel and an analysis on the rel ationshi p be wteen har mon ic and po wer factor.The n,the paper g i ves an analysis on ho w the co m ponents o f the practical three-phase rect ifiers hel p reduce har mon ic i n the circuit.A t last,by usi ng the sm i uli nk ofM atlab as a for m of sm i ulation,the w avefor m s,both vo ltage and c urrent,of t hree-phase rect ifier based on I GBT is observed.By co m-pari ng the w avefor m of unm i proved three-phase rectifier and the m i proved one,t he pri nciple of har mon ic reduci ng is de m onstrated.Further more,the paper suggests the m i prov i ng strategy of three-phase rectifier.K ey words:three-phase ful-l bri dge rect ifier circuit;har m onic;po wer factor0引言环境保护与可持续发展是当今世界的热点问题,同样,与人类生产生活密不可分的电力系统也是一种/环境0,也面临着污染。

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

全桥整流谐波一、引言在电力电子技术中，全桥整流电路是一种常见的电路结构，广泛应用于各种电源设备、电机控制等领域。

然而，在实际应用中，全桥整流电路会产生谐波，这些谐波对电路的性能和稳定性产生负面影响。

因此，研究全桥整流谐波的产生、影响及抑制方法具有重要意义。

二、全桥整流电路全桥整流电路是一种将交流电转换为直流电的电路，主要由四个二极管组成一个桥式结构。

当交流电通过全桥整流电路时，二极管按照一定的顺序导通和截止，从而将交流电转换为直流电。

然而，在二极管导通和截止的过程中，会产生谐波电流。

三、谐波的产生全桥整流电路中的谐波主要来源于二极管的非线性特性。

当二极管导通时，其伏安特性是非线性的，会产生谐波电流。

此外，当二极管截止时，其伏安特性也会产生谐波。

这些谐波电流会对电路的性能和稳定性产生影响。

四、谐波的影响全桥整流电路产生的谐波对电路的影响是多方面的。

首先，谐波会使电源设备的温度升高，缩短其使用寿命。

同时，谐波会使电源的效率降低，增加能耗。

其次，谐波会导致电机设备的扭矩波动，降低其运行效率。

此外，谐波还可能导致电机设备过热，缩短其使用寿命。

此外，谐波还会干扰电子设备的正常运行，如计算机、通信设备等。

严重的谐波干扰可能导致这些设备出现故障或损坏。

最后，谐波会干扰电力系统的稳定运行，可能导致电压波动、电流浪涌等问题。

这些问题的存在将增加电力系统的维护成本，降低供电质量。

五、谐波的抑制为了抑制全桥整流电路产生的谐波，可以采用多种方法。

首先，可以采用有源滤波器实时监测电路中的谐波分量，并产生反向的谐波电流来抵消原始的谐波电流。

这种方法可以有效降低电路中的谐波分量，提高电源的质量。

其次，可以采用无源滤波器吸收特定频率的谐波电流，从而减少谐波对电路的影响。

这种方法的优点是成本低、易于维护，但在抑制高次谐波方面效果有限。

此外，可以通过改进电力电子设备的设计降低谐波的产生和影响。

例如选择具有低寄生参数的元件和电路布局提高设备的开关频率等。

三相全控桥整流电路谐波分析
王益红;赵萍
【期刊名称】《山东矿业学院学报》
【年(卷),期】1999(018)002
【摘要】本文主要介绍了三相控桥整流电源的谐波计算方法，分析了三相全控桥整流电路的换相期和导通期的等效电路；并给出了一般的谐波含量计算公式。

【总页数】3页(P120-122)
【作者】王益红;赵萍
【作者单位】山东矿业学院自动化研究所;泰安机械电子职工中等专业学校
【正文语种】中文
【中图分类】TN923.61
【相关文献】
1.三相桥式全控整流电路谐波分析与治理 [J], 尹晓钢;周倩倩;赵胜芳;冯展华;陆新秀
2.三相全控桥整流电路供电的并励直流电动机调速系统的设计 [J], 黄谋甫
3.三相桥式全控整流电路中的谐波分析 [J], 黄发忠;于孝廷
4.基于三相全控桥的24脉波整流电路应用研究 [J], 葛笑寒
5.基于三相全控桥的24脉波整流电路应用研究 [J], 葛笑寒;
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整流装置的谐波计算
杨华安;王辉
【期刊名称】《计算技术与自动化》
【年(卷),期】1991(010)003
【摘要】准确计算变流系统的谐波是进行谐波抑制的前提。

本文介绍了一种确定Fourier 系数的计算方法,并利用这种方法对整流电路进行了谐波计算。

计算结果表明这种方法对变流器的谐波计算是方便和准确的。

【总页数】11页(P46-56)
【作者】杨华安;王辉
【作者单位】不详;不详
【正文语种】中文
【中图分类】TM461
【相关文献】
1.硅整流装置谐波电流理论计算及实测值的对比分析 [J], 宋家振
2.电工基础理论在计算电网中整流装置高次谐波的应用 [J], 陆继璇
3.铝电解厂整流装置谐波计算 [J], 高旭东
4.氯碱企业变压整流装置谐波的分析与计算 [J], 史建德
5.铝电解厂整流装置谐波计算 [J], 赵韧;曹俊英
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