1、-. z.2013屆本科畢業設計三相橋式整流電路及其濾波器的設計院 系 名 稱物理與電子信息學院 專 業 名 稱電氣工程及其自動化 學 生 姓 名學 號指 導 教 師完 成 時 間2013年5月8日 -. z.三相橋式整流電路及其濾波器的設計物理與電子信息學院 電氣工程及其自動化專業*：指導教師：摘要：本文在對三相橋式全控整流電路的理論分析的根底上，采用Matlab的可視化仿真工具Simulink建立了三相橋式全控整流電路的仿真模型，對輸出電壓、電流、控制角、以及負載特性進展了動態仿真與研究。仿真結果和理論計算結果一樣，從而證明了仿真結果的有效性和準確性，加深了對三相橋式整流電路的認識和理解，

2、同時對系統的的無功和諧波進展了仿真分析；然后根據無功補償和濾波的需要提出了無源濾波器的參數確定方法；接著設計出了各次無源濾波器，并將其接入系統，通過仿真分析驗證其無功補償和濾波的可行性，到達了對三相交流電整流和對諧波電流濾除的效果。關鍵詞：整流電路；Simulink；諧波；無源濾波Design of Three-phase Bridge Rectifier Circuit and FilterCollege of Physics and Electronic Information Electrical Engineering and Automation No: Tutor: Abstrac

3、t:The paper based on the analysis of the three-phase bridge controlled rectifier circuit theory, Using the visualization simulation tool Simulink of Matlab estanlish three-phase bridge control rectifier circuit. The dynamic simulation and analysis of ontput voltage，current, and load characteristic w

4、ere performed. the sameare simulation results and theoretical calculation results, demonstrating the accuracy and effectiveness of the simulation results, at the same time deeping the understanding of the three-phase bridge rectifier circuit, and then simulint and analyze the reactive power and harm

5、onics of system before filtering ; Secondly determine the parameters of passive harmonic filters; Thirdly connect the filters to the system to simulate and analyze the effect of reactive power pensation and harmonic suppression, reached to the effect of the three-phase alternating current rectifier

6、and the harmonic current filter.Key words:Rectifier circuit; Simulink;Harmonic; Passive filter目 錄TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc26324 摘要 PAGEREF _Toc26324 1 HYPERLINK l _Toc27909 1 引言 PAGEREF _Toc27909 3 HYPERLINK l _Toc15513 2基于Simulink的三相橋式整流電路建模及仿真分析 PAGEREF _Toc15513 3 HYPERLINK l _Toc4071 2.1 三相

7、橋式整流電路原理 PAGEREF _Toc4071 3 HYPERLINK l _Toc32120 2.2三相橋式整流電路建模及參數設置 PAGEREF _Toc32120 4 HYPERLINK l _Toc27529 2.2.1 Matlab/Simulink簡介 PAGEREF _Toc27529 4 HYPERLINK l _Toc30076 2.2.2 基于Simulink的建模 PAGEREF _Toc30076 5 HYPERLINK l _Toc12770 2.3 三相橋式整流電路的Simulink的仿真分析 PAGEREF _Toc12770 5 HYPERLINK l _T

8、oc10724 2.3.1 在純電阻負載時不同觸發角的仿真分析 PAGEREF _Toc10724 5 HYPERLINK l _Toc18029 2.3.2 在電阻電感負載時不同觸發角的仿真分析 PAGEREF _Toc18029 8 HYPERLINK l _Toc32401 3三相橋式整流電路的諧波電流的分析及濾除 PAGEREF _Toc32401 11 HYPERLINK l _Toc6806 3.1 諧波概念及產生原因和危害 PAGEREF _Toc6806 11 HYPERLINK l _Toc7100 3.2 三相橋式整流電路的諧波電流的仿真分析 PAGEREF _Toc710

9、0 13 HYPERLINK l _Toc8511 3.3 濾除諧波的方法簡介與應用 PAGEREF _Toc8511 14 HYPERLINK l _Toc15624 3.3.1 常用無源濾波器的設計 PAGEREF _Toc15624 15 HYPERLINK l _Toc17113 3.3.2單調諧濾波器的原理及特性 PAGEREF _Toc17113 15 HYPERLINK l _Toc158383.3.3雙調諧濾波器的原理及特性 PAGEREF _Toc15838 16 HYPERLINK l _Toc6420 3.3.4高通濾波器的原理及特性 PAGEREF _Toc6420 1

10、6 HYPERLINK l _Toc29013 4 三相橋式整流電路濾波電路的設計仿真 PAGEREF _Toc29013 17 HYPERLINK l _Toc32469 4.1 三相橋式整流電流在電阻負載及特定觸發角下裝置的諧波和功率分析 PAGEREF _Toc32469 18 HYPERLINK l _Toc22460 4.2 確定補償容量及各個濾波器的按比例分配的補償的無功功率 PAGEREF _Toc22460 18 HYPERLINK l _Toc15427 4.3 單調諧濾波器及高通濾波器的相關計算 PAGEREF _Toc15427 19 HYPERLINK l _Toc98

11、93 5 完畢語 PAGEREF _Toc9893 21 HYPERLINK l _Toc11916 參考文獻 PAGEREF _Toc11916 21 HYPERLINK l _Toc21733 致謝 PAGEREF _Toc21733 221 引言整流電路1是電力電子電路中出現最早的一種，它將交流電變為直流電，應用十分廣泛，電路形式多種多樣，各具特色。可以從各種角度對整流電路進展分類，主要分類方法有：按組成的器件可分為不可控、半控、全控三種；按電路構造可分為橋式電路和零式電路；按交流輸入相數分為單相電路和多相電路；按變壓器二次側電流的方向是單相或雙向，又分為單拍電路和雙拍電路。本文就對三相

12、橋式整流電路進展設計，因為三相橋式整流電路，是電力電子技術中最為重要，也是應用最為廣泛的電路。不僅應用與一般工業，也廣泛應用于交通運輸、電力系統、通信系統、能源系統、及其他領域。常用的三相整流電路有三相橋式不可控整流電路、三相橋式半控整流電路和三相橋式全控整流電路，由于整流電路涉及到交流信號、直流信號以及觸發信號，同時包含晶閘管、電容、電感、電阻、等多種原件，采用常規電路分析相當繁瑣，高壓情況下試驗也很難進展。因此本文采用Matlab提供的可視化仿真工具Simulink可直接建立電路的仿真模型，隨意改變仿真參數，并且可以立即得到仿真結果，直觀性強。本文利用Simlink對三相橋式全控整流電路進

13、展建模，對不同控制角，不同負載情況下進展了仿真分析，同時對交流側電流進展FFT分析，得出三相橋式全控整流電路產生6K1次諧波，主要是5次及7次諧波，由于諧波的危害十分嚴重。諧波使電能的生產，傳輸和利用的效率降低，使電氣設備過熱、產生振動和噪聲，并使絕緣老化，使用壽命縮短，甚至發生故障或燒毀，同時諧波還可引起電力系統局部并聯諧振或串聯諧振，使諧波含量放大，造成電容器等設備燒毀。諧波還會引起繼電保護和自動裝置誤動作，使電能計量出現混亂對于電力系統外部，諧波對通信設備和電子設備會產生嚴重干擾，所以對整流產生的諧波必須濾除，以減少電力電子裝置對電網的諧波污染。2基于Simulink的三相橋式整流電路建

14、模及仿真分析2.1 三相橋式整流電路原理三相橋式全控整流電路原理圖如圖1所示。三相橋式全控整流電路是由三相半波整流電路演變而來的，它由三相半波共陰極接法VT1、VT3、VT5和三相半波共陽極接法VT4、VT6、VT2的串聯組合。T rVT4 VT6 VT2id負載VT1 VT3 VT5T rVT4 VT6 VT2id負載VT1 VT3 VT5圖1 三相橋式整流電路原理圖其工作特點是任何時刻必須有不同組別的兩支晶閘管同時導通，構成電流通路，因為保證電路啟動和電流斷續后能正常導通，必須對不同組別應到的導通的一對晶閘管同時加觸發脈沖，所以觸發脈沖按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的順序

15、，相位依次差60，共陰極組VT1、VT3、VT5的脈沖依次相差120，共陽極組VT4、VT6、VT2依次相差120。同一相的上下兩個橋臂，即VT1和VT4、VT3和VT6、VT5和VT2，脈沖差180。 要使電路正常工作，需保證應同時導通的2個晶閘管均有脈沖，常用的方法有兩種：一種是寬脈沖觸發，它要求觸發脈沖寬度大于60，另一種是雙窄脈沖觸發，即觸發一個晶閘管時，向一個小序號的晶閘管補發脈沖。寬脈沖觸發要求功率大，易使脈沖變壓器飽和，所以多采用雙窄脈沖。2.2三相橋式整流電路建模及參數設置2.2.1 Matlab/Simulink簡介 Matlab 是美國Math Works公司80年代推出的

16、一種數值型計算軟件，它集科學計算、自動控制、信號處理、神經網絡和圖像處理等功能于一體，具有編程效率高、圖形功能強等優點。近年來，它已經開展成為適合多學科、多種工作平臺的功能強大的大型仿真軟件。Matlab提供的可視化仿真工具Simulink 用來對動態系統進展建模、仿真和分析，支持連續時間、離散時間及兩者混合的線性、非線性系統，也支持多變量、多速率的系統，具有模塊化、可重載、可封裝和圖形化編程等特點。大大提高了系統仿真的效率和可靠性。Simulink提供了豐富的模型庫供仿真使用，其中包含本文重點應用的 Power System Block。Power System Block2的功能非常強大，

17、可以用于電路、電力電子系統、電機系統、電力傳輸等過程的仿真提供了一種類似電路建模的方式進展模型繪制，在仿真前自動將其變化成狀態方程描述的系統形式，然后在Simulink下進展仿真分析。2.2.2 基于Simulink的建模三相橋式全控整流電路的原理可以利用Simulink的模塊建立仿真模型如下列圖所示。圖2 三相橋式整流電路建模圖系統參數的設置： (1) 電源參數設置：三相交流電源的電壓峰值為 220* ，頻率為50Hz，相位分別為0、-120、-240。(2) 三相晶閘管整流器參數設置：使用默認值。(3) 六脈沖發生器設置：頻率為50Hz，脈沖寬度取5，取雙脈沖觸發方式。(4) 觸發角設置：

18、可以根據需要將alph設置為30、60、90等。(5) 采用變步長算法ode15s(stiff/NDF)。(6) 仿真時間Start time:0.0 Stop time：0.06 單位：s 。2.3 三相橋式整流電路的Simulink的仿真分析設置仿真時間0.06s，數值算法采用ode15s(stiff/NDF)。啟動仿真，根據三相橋式全控整流電路的原理圖，對不同負載在電阻性負載時R=10，在電阻電感負載時R=10、L=0.09H及不同的觸發角會影響輸出電壓及輸出電流進展仿真。2.3.1 在純電阻負載時不同觸發角的仿真分析圖3 在=0時電阻負載的波形圖4 在=30時電阻負載的波形 圖5 在=

19、60時電阻負載的波形圖6 在=90時電阻負載的波形圖7 在=120時電阻負載的波形三相全控橋式整流電路電阻性負載小結： (1) 任何時候共陰、共陽極組各有一個元件同時導通構成通路。輸出電壓由六段線電壓組成每周期脈動六次，每周期脈動頻率300HZ。共陰極組晶閘管VT1、VT3、VT5，按相序依次觸發導通，相位相差120，共陽極組晶閘管VT4、VT6、VT2，相位相差120。同一相的晶閘管相位相差180每個晶閘管導通角為120。 (4) 輸出電壓及電流的波形一樣。(5) 在=60時輸出電壓及電流連續，在60時輸出電壓及電流斷續。 (6) 在=120時輸出電壓及電流為零，說明三相橋式全控整流電路帶電

20、阻負載晶閘管觸發角移相最大值為120。2.3.2 在電阻電感負載時不同觸發角的仿真分析圖8 在=0時電阻電感負載的波形 圖9 在=30時電阻電感負載的波形圖10 在=60時電阻電感負載的波形 圖 11 在=90時電阻電感負載的波形三相全控橋式整流電路電阻電感負載小結： 在=60時 , 電阻電感負載和電阻負載不同之處是，電感性負載由于電感的存在，輸出電壓波形會出現負的局部。 (3) 在電阻電感負載是，三相橋式全控整流電路的觸發角移相*圍為90，有圖中波形可知，在=90中輸出電壓波形上下對稱，平均值為零。3三相橋式整流電路的諧波電流的分析及濾除3.1 諧波概念及產生原因和危害在供用電系統中，通常總

21、是希望交流電壓和電流呈正弦波形。正弦波電壓可表示為u (t) = U sin(t + u)(1)式(1)中，U為電壓有效值；u初相角；角為頻率，=2f ；f為頻率；T為周期。當正弦波電壓施加在線性無源元件電阻、電感和電容上，其電流和電壓分別為比例、積分和微分關系，仍為同頻率的正弦波。但當正弦波電壓施加在非線性電路上時，電流就變為非正弦波，非正弦電流在電網阻抗上產生壓降，會使電壓波形也變為非正弦波。當然，非正弦波電壓施加在線性電路上時，電流也是非正弦波。對于周期為T=2/的非正弦電壓u (t)，一般滿足狄里赫利條件，可分解為如下形式的傅立葉級數u (t) = a0+ (anCOSnt +bnsi

22、nnt )(2)式(2)中 a0= 1/(2) u (t) d (t)an= 1/() u (t)COSnt d (t)bn= 1/() u (t)sinnt d (t)說明：n =1, 2, 3, 、積分*圍為0到2。在式(2)的傅立葉級數中，頻率和工頻一樣的分量稱為基波。頻率為基波頻率整數倍 的分量稱為諧波，諧波次數為諧波頻率和基波頻率的整數比。以上公式及定義均以非正弦電壓為例，對于非正弦電流的情況也完全適用，把式中u (t) 換成i (t) 即可。n次諧波電流含有率以HRIn( Harmonic Ratio for In) 表示HRIn = In / I1 100(3)式(3)中，In為

23、第n次諧波電流有效值；I1為基波電流有效值。電流諧波總畸變率THDi (Total Harmonic Distortion) 定義為THDi = Ih / I1 100(4)式(4)中，Ih 為總諧波電流有效值。產生的原因：由于正弦電壓加壓于非線性負載，基波電流發生畸變產生諧波。主要非線性負載有UPS、開關電源、整流器、變頻器、逆變器等。在整流裝置中一般都會產生3次以上的諧波。在整流裝置中諧波產生的原因也是多種多樣的。比擬常見的有兩類第一類是由于非線性負荷而產生諧波，例如可控硅整流器、開關電源等，這一類負荷產生的諧波頻率均為工頻頻率的整數倍。例如三相六脈波整流器所產生的主要是5次和7次諧波，而

24、三相12脈波整流器所產生的主要是11次和13次諧波。第二類是由于逆變負荷而產生諧波，例如中頻爐、變頻器，這一類負荷不僅產生整數次諧波，還產生頻率為逆變頻率2倍的分數諧波。例如：使用三相六脈波整流器而工作頻率為820Hz的中頻爐則不僅產生5次和7次諧波，還產生頻率為1640Hz的分數諧波。總之由文4知電力電子裝置是電力系統最嚴重、最突出的諧波源。諧波的危害：理想的公用電網所提供的電壓應該是單一而固定的頻率以及規定的電壓幅值。諧波電流和諧波電壓的出現，對公用電網是一種污染，它使用電設備所處的環境惡化，也對周圍的其他設備產生干擾。在電力電子設備廣泛應用以前，人們對諧涉及其危害就進展過一些研究，并有一

25、定認識，但那時諧波污染還沒有引起足夠的重視。近三四十年來，各種電力電子裝置的迅速開展使得公用電網的諧波污染日趨嚴重，由諧波引起的各種故障和事故也不斷發生，諧波危害的嚴重性才引起人們高度的關注。諧波的危害十分嚴重。諧波使電能的生產、傳輸和利用的效率降低，使電氣設備過熱、產生振動和噪聲，并使絕緣老化，使用壽命縮短，甚至發生故障或燒毀。諧波可引起電力系統局部并聯諧振或串聯諧振，使諧波含量放大，造成電容器等設備燒毀。諧波還會引起繼電保護和自動裝置誤動作，使電能計量出現混亂。對于電力系統外部，諧波對通信設備和電子設備會產生嚴重干擾。諧波對公用電網和其他系統的危害大致有以下幾個方面5：(1) 加大企業的電

26、力運行本錢：由于諧波不經治理是無法自然消除的，因此大量諧波電壓電流在電網中游蕩并積累疊加導致線路損耗增加、電力設備過熱，從而加大了電 力運行本錢，增加了電費的支出。(2) 降低了供電的可靠性：諧波電壓在許多情況下能使正弦波變得更尖，不僅導致變壓器、電容器等電氣設備的磁滯及渦流損耗增加，而且使絕緣材料承受的電應力增大。諧波電流能使變壓器的銅耗增加，所以變壓器在嚴重的諧波負荷下將產生局部過熱，噪聲增大，從而加速絕緣老化，大大縮短了變壓器、電動機的使用壽命，降低供電，可靠性，極有可能在生產過程中造成斷電的嚴重后果。 (3) 引發供電事故的發生：電網中含有大量的諧波源變頻或整流設備以及電力電容器、變壓

27、器、電纜、電動機等負荷，這些電氣設備處于經常的變動之中，極易構成串聯或并聯的諧振條件。當電網參數配合不利時，在一定頻率下，形成諧波振蕩，產生過電壓或過電流，危及電力系統的平安運行，如不加以治理極易引發輸配電事故的發生(4)導致設備無法正常工作：對旋轉的發電機、電動機，由于諧波電流或諧波電壓在定子繞組、轉子回路及鐵芯中產生附加損耗，從而降低發輸電及用電設備的效率，更為嚴重的是諧波振蕩容易使汽輪發電機產生震蕩力矩，可能引起機械共振，造成汽輪機葉片扭曲及產生疲勞循環，導致設備無法正常工作。(5) 引發惡性事故：繼電保護自動裝置對于保證電網的平安運行具有十分重要的作用。但是，由于諧波的大量存在，易使電

28、網的各類保護及自動裝置產生誤動或拒動，特別在廣泛應用的微機保護、綜合自動化裝置中表現突出，引起區域廠內電網瓦解，造成大面積停電等惡性事故。(6) 導致線路短路：電網諧波將使測量儀表、計量裝置產生誤差，達不到正確指示及計量(計量儀表的誤差主要反映在電能表上)。斷路器開斷諧波含量較高的電流時，斷路器的遮斷能力將大大降低，造成電弧重燃，發生短路，甚至斷路器爆炸。(7) 降低產品質量：由于諧振波的長期存在，電機等設備運行增大了振動，使生產誤差加大，降低產品的加工精度，降低產品質量。(8) 影響通訊系統的正常工作：當輸電線路與通訊線路平行或相距較近時，由于兩者之間存在靜電感應和電磁感應，形成電場耦合和磁

29、場耦合，諧波分量將在通訊系統內產生聲頻干擾，從而降低信號的傳輸質量，破壞信號的正常傳輸，不僅影響通話的清晰度，嚴重時將威脅通訊設備及人身平安。3.2 三相橋式整流電路的諧波電流的仿真分析在Simulink中的Powergui模塊的FFT可以對交流側諧波電流進展詳細的分析，本文就三相橋式全控整流電路的特定情況下進展諧波電流分析。假設在=30、純電阻負載R=10時其對A相電流進展諧波的詳細仿真結果 圖12 交流側A相諧波電流 由仿真圖上的相關數據分析可得：(1) 基波電流幅值為49.11A 、有效值34.73A。(2) 電流諧波總畸波率33.18%。(3) 相對基波而言5次、7次諧波電流含有率分別

30、為26.33%、13.00%。3.3 濾除諧波的方法簡介與應用現階段，限制諧波電流注入電網，應當從兩方面入手：一種是對諧波源采取措施減少其產生的諧波含量，這種方法主要是針對電力電力裝置本身構造進展改造，即增加正在設計的整流器的相數和脈沖數，此方法是減少整理裝置產生諧波電流的有效措施，因為當整流裝置的脈沖數越多，諧波電流的次數越高，此時就不會產生較低次的諧波電流開發一種整流器可以使你不產生諧波電流是最理想的情況，同時應當滿足功率因數為1；第二種方法是在用安裝濾波器的方法直接吸收裝置產生的諧波電流。假設等到諧波電流進入高壓電網后再采取相關措施，無論經濟上還是技術上都不合理。通常我們所使用的濾波器主

31、要分為Passive Filter (無源濾波器)和Active Power Filter(有源濾波器)兩類。 Passive Filter的工業應用已經有相當長的時間了，其設計方法穩定可靠，目前該類型濾波器已經投入到許多實際工程。因為在交流系統中無源濾波器既可以起到濾波的作用，也可以起到補償無功的作用，可以說是一個兩全其美的器件，同時還因為無源濾波器與有源濾波器相比具有容易設計、容量大、本錢低等優點，使得無源濾波器的實用價值大大提高，因此本文采用無源濾波器進展設計。無源濾波器包括單調諧濾波器、雙調諧濾波器、高通濾波器、低通濾波器和帶通濾波器及帶阻濾波器等。由于在整流電路中應用最多的是單調諧濾

32、波器、雙調諧濾波器、高通濾波器，下面將對三種濾波器進展分析與比擬。3.3.1 常用無源濾波器的設計在此僅僅給出單調諧濾波器、雙調諧濾波器、二階高通濾波器的設計原理圖。其中雙調諧濾波器及二階高通濾波器是利用一個Series RLC Branch和一個Parallel RLC Branch組合一起的，如下列圖所示。圖13 單調諧濾波器 圖14 雙調諧濾波器 圖15 二階高通濾波器3.3.2單調諧濾波器的原理及特性單調諧濾波器是利用串聯L、C諧振的原理構成的，電路原理圖如圖13所示，通常采用R-C-L型排列6。n次單調諧濾波器在角頻率為的阻抗為Zfn = Rfn + j(n1L1 / (n1C) (

33、5)式(5)中1為額定工頻角頻率：Rfn為n次諧波電阻 ；Zfn 為n次諧波阻抗。根據式(5)分析，在理想諧振狀態下n1L1 / (n1C) = 0 (6)即諧波器的電抗為，Rfn = Zfn 則諧振角頻率=。N次諧波電流將流過低阻值Rfn，而很少流到系統中去，因而該次諧波電壓大為下降，而對其它次數的諧波，Zfn Rfn，諧波器分流很少。簡單的說，只要將諧波器的諧振次數設定為與所需的要濾出的諧波次數一致，則該次諧波將大局部流入濾波器，從而起到濾除該次諧波的目的。3.3.3雙調諧濾波器的原理及特性雙調諧濾波器主要由一個串聯諧振回路和一個并聯諧振回路串聯組成，如圖14所示 設雙調諧濾波器干路上的電

34、阻、電容、電感依次為、及兩個并聯的電感、電容為、。對于由電容、電感和電阻組成的串聯諧振回路，它的阻抗為： Z1 () = R1 + j(L11 / (C1) (7)由式(7)可知，由于串聯諧振回路具有單調諧的特性，則串聯電路的調諧頻率。當時，Z1 ()呈感性7對于電感、電容并聯諧振回，此時假設很小近似為0，它的阻抗為：Z2 () = jL2(12L2C2) (8)并聯電路發生諧振時，阻抗 Z2趨于無窮大。當趨于零，=很大時，則并聯諧振頻率為。所以并聯諧振回路，當時，呈感性；當當時，呈感性。在基波情況下，所以串聯諧振回路承受的電壓遠遠高于并聯諧振回路承受的電壓。濾波器的無功功率為兩個回路提供無功

35、量之和，由于串聯回路中電容器上的電壓比加在并聯回路上的電壓大得多，所以無功功率主要由串聯回路中的電容器提供。由以上原理及特性可行，對于用雙調諧無源濾波器進展濾波時，無論分析還是計算都較單調諧濾波器復雜，因此本文采用單調諧濾波器。3.3.4高通濾波器的原理及特性高通濾波器也稱為減幅濾波器。通常分為四種型式：一階、二階、三階和C型四種。一階高通濾波器需要的電容太大，基波損耗也太大，因此一般不采用，二階高通濾波器的濾波性能最好，但與三階相比，其損耗較高。三階高通濾波器比二階的多一個電容，它提高了濾波器的對基波頻率的阻抗，從而大大減少基波損耗，這是三階高通濾波器的主要優點。C型高通濾波器的性能介于二階

36、和三階之間，電容與電感在基波頻率上可以大大減少基波損耗。其缺點是對基波頻率失諧和原件參數漂移比擬敏感7。這四種濾波器中最常用還是的二階高通濾波器。現在對二階高通濾波器進展討論，二階高通濾波器的電路原理圖為圖15，其阻抗為 Z = 1 / (jC) +1/(1/R+1 / (jL) (9)當電阻R趨與無窮大時，二階高通濾波器轉化為單調諧濾波器：當趨與無窮大時，Z近似為R，即濾波器的阻抗為R所限制。二階高通濾波器的一個重要參數是截止頻率，高通濾波器之所以稱為高通就是因為在頻率大于截止頻率后其呈現低阻抗，對截止頻率以后的諧波有濾波作用；當頻率低于時，濾波器阻抗明顯增加，使低次諧波電流難以通過。二階高

37、通濾波器的相關參數：截止頻率： (10)品質因數： (11)參數： (12)值為0.5-2較適宜，值越小，則濾波器損耗越小，工程上一般取=0.5。的頻次一般取為單調諧濾波器的最高調諧次數加1，即假設安裝5次和7次單調諧濾波器，則可取400Hz。二階高通濾波器的設計步驟8為：(1) 確定和，選定；(2) 由式(10)確定R；(3) 由式(12)確定L。由以上三種濾波裝置的比擬分析及三相全控橋式整流電路的諧波電流的特征，本文采用兩個單調諧濾波器濾除5次、7次諧波電流，再用高通濾波器濾除其它高次諧波，進而濾除三相橋式全控整流電流的交流測諧波電流。4 三相橋式整流電路濾波電路的設計仿真本文針對三相橋式

38、整流電路的的諧波電流的情況，采用了兩個單調諧濾波器的及高通濾波器進展濾除諧波電流兼顧提高系統的功率因數，以防止非線性器件產生的諧波流入電網，產生諧波污染。其仿真原理圖如下。 圖16 濾波電路原理圖4.1 三相橋式整流電流在電阻負載及特定觸發角下裝置的諧波和功率分析在圖16中先將5次、7次單調諧濾波器和高通濾波器不接入電路，可以利用SimPowerSystems/E*tra Library/Discrete Measurements中的3-phase Instantaneous Active & Reactive Power 可以準確的仿真裝置的有功及無功功率，在負載電阻為10時，觸發角為30裝

39、置有功功率為P=7263.63W、無功功率Q=12753.43var，不難發現裝置的功率因數還是挺低的，所以在濾除諧波電流的同時必須提高裝置的為功率因數，以滿足負載的要求。4.2 確定補償容量及各個濾波器的按比例分配的補償的無功功率確定補償容量的方法9有很多中，但其目的都是要提高配電網的*種運行指標，現在常用的補償容量的方法如下。從提高功率因數需要確定補償容量。從降低線損需要來確定補償容量。從提高運行電壓需要來確定補償容量。 本文根據系統特征運用的是從提高功率因數需要來確定補償容量，假設裝置的有功功率P，補償前的功率因數為，補償后的功率因數為，則補償容量用公式計算。 Q補= P (tan1ta

40、n2) = Q ( 1tan2 / tan1) (13)cos1應采用平均功率因數，確定要適當。通常，將功率因數從0.9提高到1所需的補償容量，與把功率因數從0.72提高到0.9所需的補償容量相當。因此，在高功率因數下進展補償效益顯著下降。這是因為在高功率因數下，的曲線上升率變小，因此，因此提高功率因數所需的補償容量將要相應的增加。本文確定把功率因數提高到0.95則由公式可得其需要的補償容量。4.3 單調諧濾波器及高通濾波器的相關計算把總的無功補償容量分配到各調諧濾波器及高通濾波器10。工程上，常常按照各電容組上的諧波電壓相差不多分配到各組無功補償容量Qf(n)為： Qf(n) = (In /

41、 n ) / (In / n )Q補 (14)在確定了各個單調諧濾波器的無功補償容量后，根據濾波器的無功補償量與濾波支路的參數關系電容值為：C = (n21) / n2 Qf(n) / (1U) (15) 在單調諧濾波器的電容器的參數確定后，可以很容易求出無功輸出為：Q高通 = Q補 Qf(n) (16)則高通濾波器的電容值為： C = Q高通/(1U2) (17)其中U為線電壓，對于單調諧濾波器在選定了電容器后，再利用諧振和品質因數在確定電阻值和電抗值，對于高通濾波器在C值確定之后，可確定濾波器的R、L值。截止頻率對應的截止諧振次數為： h0 = f0 / f1=1 / (2f1 R C) =1 / (1 R C) (18) 則電阻為R： R = 1 / ( h01 C) (19) 又因為 m = L/(R2C) 可得 (20) (21)