三相整流电路交流侧谐波仿真分析及计算

一、三相桥式全控整流电路和功率因数测量电路SIMULINK 模型

        如图4-1，根据高频焊机的主电路机构和工作原理，可将高频焊机三相整流部分等效为阻感负载的三相桥式全控整流电路模型，其由三相交流电压源、三相晶闸管整流桥、同步六脉冲触发器和阻感负载等部分组成。其SIMULINK仿真模型见图4-2，图中除输入触发角的常数模块外的其他模块都可从电力系统模块库(SimPowerSystems)中提取。其中，ABC三相交流电压源的相电压幅值和频率都为市电标准即220*1.414V、50Hz，ABC初相位分别为0°、-120°、120°；万用桥模块选择三相晶闸管整流并使用默认值；引用三相电源的线电压输入同步 6 脉冲触发器使之产生双脉冲出发信号，频率为 50Hz，脉冲宽度取10°，整流触发角的变化范围为0°到120°，利用电压、电流测量模块取各电压电流量连接到示波器输出仿真波形[25]；最后，模拟高频焊机系统的阻感负载情况，取用电阻100Ω，电感20mH。

二、谐波仿真分析参数设置

        仿真时间长度为0.1s，首次触发角设置为30°，设置算法为ode23tb算法[24]。运行仿真得到如图4-4所示的结果。图中横坐标均为时间，7个输出波形分别表示三相电压u、a相电流Ia、6脉冲波形、输出整流电压ud、负载电流id、交流侧三相电流和三相线电压。由结果可见：进入稳态后，由于电感的平波作用，系统模拟阻感负载电流id波形近似为直线；交流侧 a 相电流ia的波形不再是标准的正弦波形，而是接近方波。

        对交流侧电流的谐波分析通过“Powergui”模块实现。首先在“Scope”模块中，将采样时间“Sample time”设定为“1/20/1024”；将“Save data to workspace”选项勾掉；设置时间结构变量名为“psbconverter_str”。然后，打开“FFT Analysis”工具选项，选择输入变量“ia”；设置起始时间为 0.1s；快速傅立叶分析的周期数为2；基波频率为 50Hz；最大频率为 500Hz；显示类型设置为“Bar (relative to Fund or DC)；频率轴设置为“Harmonic order”即谐波次数轴。

        最终得到的 FFT 分析窗口如图4-4所示。由图可见，三相桥式全控整流电路交流侧电流主要含有的谐波次数为5次、7次、11次、13次等，基波电流幅值为256.9A，总谐波电流畸变率为 32.49%。