多脉波整流系统设计

论文摘要

变频调速是当今理想的调速方法之一,也是重要的节能措施。交—直—交变频方式因其优势应用越来越广泛。大多数交—直—交装置,其前置输入部分采用二极管桥式整流。其非线性特性,使得网侧电流畸变,设备的电磁兼容性能降低,给电网及用电设备带来危害。随着设备功率的增大,这种整流装置所产生的谐波更加严重。抑制电流谐波意义重大。针对较大功率场合下的三相整流电路,本文完成了两种满足不同应用要求的多脉波整流设计方案,实现了消除网侧输入电流的特定次数谐波,降低输入电流中的谐波含量的目的。基于自耦变压器的整流电路能够减小变压器的等效容量,但因其起步较晚、结构复杂等原因,缺少系统地理论分析。在广泛深入调研的基础上,本文提出了一种基于自耦变压器的24脉波整流电路结构设计。从自耦变压器的结构、输入电流、平衡电抗器、自耦变压器的等效容量四个方面,对该电路结构进行了系统的分析。结果表明,该电路使用较小容量(仅为输出功率的17.3%)的自耦变压器,能够消除网侧电流中的5、7、11、13、17、19次等谐波,大大降低了输入电流中的谐波含量,在大功率场合有一定的实用价值。考虑到MATLAB/SIMULINK和Synopsys Saber两种仿真软件在电力系统性能仿真中各有优势,本文分别利用MATLAB/SIMULINK和Synopsys Saber对所设计的24脉波整流电路结构进行了仿真比较,并分别给出了电路的仿真波形和数据分析。两种仿真软件的仿真实验结果相同,都与理论分析吻合,验证了设计电路结构设计的合理性和可行性。自耦变压器移相方式虽然能将变压器的等效容量大大减小,但因其设计复杂,调压困难,绝缘度要求较高。在移相变压器容量限制不高的应用场合,考虑使用设计简单、运行更稳定的延边三角形移相方式。本文提出了一种采用延边三角形方式移相的30脉波整流电路结构设计,完成了其MATLAB/SIMULINK的仿真实验。结果表明,该电路的网侧电流是一种与正弦波具有更好拟合性的30阶梯波,5次、7次、11次、13次、17次、19次、23次、25次谐波都被消除,最低谐波为第29次,且幅值仅为基波的3.45%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景和意义
• 1.1.1 电力电子技术的发展
• 1.1.2 谐波污染的产生与危害
• 1.2 课题研究的现状
• 1.2.1 现有的谐波抑制措施
• 1.2.2 多脉波整流技术的研究现状
• 1.3 本文研究的主要内容
• 第2章 多脉波整流相关技术和指标简介
• 2.1 多脉波整流概述
• 2.2 变压器概述
• 2.2.1 变压器简介
• 2.2.2 变压器常用移相方式分析
• 2.3 整流电路的性能指标
• 2.3.1 输入功率因数PF和总谐波畸变THD
• 2.3.2 三相功率因数PF和脉动系数S
• 2.4 本章小结
• 第3章 基于自耦变压器的整流技术分析
• 3.1 基于自耦变压器的十二脉波整流电路的定量分析
• 3.2 基于自耦变压器的十八脉波整流电路的的定量分析
• 3.2.1 十八脉波整流电路的自耦变压器结构分析
• 3.2.2 十八脉波整流电路的网侧输入电流分析
• 3.2.3 十八脉波整流电路的输出电压分析
• 3.2.4 十八脉波整流电路的自耦变压器等效容量计算
• 3.3 本章小结
• 第4章 基于自耦变压器的二十四脉波整流电路设计
• 4.1 二十四脉波整流电路的自耦变压器结构分析
• 4.2 二十四脉波整流电路的网侧输入电流分析
• 4.3 二十四脉波整流电路的平衡电抗器的分析和计算
• 4.4 二十四脉波整流电路的自耦变压器等效容量计算
• 4.5 本章小结
• 第5章 基于自耦变压器的二十四脉波整流电路的MATLAB仿真
• 5.1 自耦变压器的MATLAB建模
• 5.2 总谐波畸变率THD的MATLAB建模
• 5.3 输入电流频谱分析
• 5.4 不可控整流电路的仿真结果及分析
• 5.5 相控整流电路的仿真
• 5.5.1 脉冲触发电路的MATLAB模型
• 5.5.2 仿真结果及分析
• 5.6 本章小结
• 第6章 基于自耦变压器的二十四脉波整流电路的 Saber 仿真
• 6.1 自耦变压器的SABER建模
• 6.2 负载并联时的仿真结果及分析
• 6.3 带独立负载时的仿真结果及分析
• 6.4 本章小结
• 第7章 采用延边三角形移相的三十脉波整流电路设计及仿真
• 7.1 采用延边三角形移相的十二脉波整流电路分析
• 7.2 采用延边三角形移相的三十脉波整流电路分析
• 7.3 采用延边三角形移相的三十脉波整流电路的MATLAB仿真
• 7.3.1 电路模型的建立
• 7.3.2 仿真结果分析
• 7.4 本章小结
• 总结及展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的学术成果
• 致谢