第 36卷 　第 4期 2008年 4月 Vol. 36　No. 4 Ap r. 　2008 12脉波整流电路 M ATLAB 及谐波分析 S im ulink仿真 (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) 张文斌 1 ,靳 　希 2 摘 　要 :以 12脉波整流电路为研究对象 ,利用 Matlab Simulink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 : TM762　　文献标识码 : A　　文章编号 : 1001 9529 (2008) 04 0070 03 M ATLAB S im ulink ba sed sim ula tion and harm on ic ana lysis for 12 pulse rectif iers ZHAN G W en bin1 , J IN X i2 (1. College of Mechatronics Engineering and Automation, Shanghai Univ. , Shanghai 200072, China; 2. School of Power and Automation Engineering, Shanghai University of Electric Power, Shanghai 200090, China) Simulink was used to establish models and conduct simulation for the 12 Abstract: The MATLAB pulse rectification circuit. The harmonic current generated by the rectification circuit was calculated, and the working p rincip le of its harmonic elim ination is illum inated. Comparison with the 6 pulse rectifi cation circuit is effective in harmonic elim ination. Key words: rectifier; harmonic; harmonic distortion; simulation pulse rectification circuit p roves that the 12 　　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 。 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 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 Simulink的环境下对 12脉波整流 电路进行仿真 ,Matlab6. 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 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 MATLAB Simulink仿真及谐波分析 71 (总 459) 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 Simulink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 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 Hz,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 100Ω, L取 0, C取 inf。 同步脉冲触发器设置 :频率为 50 Hz,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 ode23 tb,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 。 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 ia3 , 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 , ib3 , ic3和 ia2 , ib2 , ic2的波形 图 2　串联 12脉波整流电路仿真模型 

2 2 2008, 36 (4) 2 2 2 72 (总 460) 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 i2 a3b3。 a3b3折算到变压 器一次侧 a相绕组中的电流 i1 a3b3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 ia2见图 5a。整流变压器一次侧 A 相的电流即 iA 为 i1 a3b3和 ia2之和 ,其波形见图 5c。 整流变压器 △形接线的电流 i2 a3b3是 i2 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 。 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 。 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 3 π Id [ sinωt - 1 11 sin11ωt - 1 13 sin13ωt + 1 23 sin23ωt + 1 25 sinωt - … = 4 3 π Id sinωt + 4 3 π Id ∑ n = 12k ±1 k = 1, 2, 3, … ( - 1) i sinnωt (1) 参考文献 : [ 1 ] 李传琦 ,盛义发. 电力电子技术计算机仿真实验 [M ]. 北 由式 (1)可以看出 iA 的基波幅值 I1 和 n次谐 京 :电子工业出版社. 波幅值 In 分别如下 : I1 = 4 3 π Id , In = 1 n 4 3 π Id , n = 12k ±1, (2) 从式 (1)和图 5可以看出由于采用了移相变 k = 1, 2, 3, … 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 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 11 13 17 0 19 23 7 0 5 0 Harmonics( n) 6 p luse 12 p luse 25 0. 91 0. 46 0. 36 0. 26 0. 23 0. 18 0. 16 0. 14 0. 23 0. 17 　　12 脉动整流电路的与 6 脉动整流电路的 THD (谐波失真 )对比见图 6。 0. 53 0. 35 0 [ 2 ] 李 　颖 , 朱伯立. Simulink 动态系统建模与 仿真基 础 [M ]. 西安 :西安电子科技大学出版社. [ 3 ] 王兆安 ,杨 　君. 谐波抑制和无功功率补偿 [M ]. 北京 :机 械工业出版社. [ 4 ] 叶满园. 18脉冲双桥整流器的研究 [ J ]. 电力系统及其 自动化学报 , 2005, 12 (6). [ 5 ] 陈 　鹏 ,李晓帆. 一种带辅助电路的 12 脉波整流电路 [ J ]. 中国电机工程学报 , 2006, 6 (23). [ 6 ] 吕润馀 ,段晓波. 多脉动整流电路谐波统一分析 [ J ]. 河 北电力技术 , 2003, 6 (3). A rrillaga J, Medina A, L isboa M L V, et al. The harmonic [ 7 ] domain: a frame of reference for power System harmonic anal ysis[ J ]. IEEE Trans Power Syst, 1995, 10 (1) : 433 440. [ 8 ] Task Force on HarmonicsModeling and Simulation. Modeling and simulation of the p ropagation of harmonics in electric power networks, Part I: Concep ts models, and simulation IEEE Trans Power Delivery, 1996, 11 ( 1) : techniques[ J ]. 452 456. 收稿日期 : 2007 10 本文编辑 :邵振华 18