学士学位论文--电力电子装置的谐波分析.doc

兰州交通大学毕业设计（论文）摘 要近几十年来，由于电力电子装置的广泛应用，公用电网的谐波污染日益严重，由谐波引起的各种故障和事故不断发生，如何有效的计算谐波，检测谐波，抑制谐波和提高电能质量已成为电力系统的一个研究热点。因此，对电力电子装置进行谐波分析具有重要意义。首先，本文从理论上对带阻感负载的桥式整流电路进行谐波分析，主要包括单相和三相桥式全控、半控和不控整流电路，推导其在忽略换相过程和直流侧电流脉动时交流侧电流中基波和各次谐波有效值的表达式。在此基础上，进一步分析了三相全控桥式整流电路在分别考虑换相过程和直流侧电流脉动时的谐波含量。其次，以MATLAB/Simulink软件作为仿真平台，分别搭建了单相和三相桥式可控整流电路的仿真模型，分析了在不同延迟触发角时，交流侧电流中的谐波含量，且将理论计算数据与仿真分析数据进行对比，其误差在可控范围内。结果表明，采用仿真工具，验证了本文理论分析的正确性。最后，利用MATLAB软件编写了谐波电流计算界面，实现了谐波含量数据的可视化输出。关键词：桥式整流电路；谐波计算；仿真分析；可视化界面- I -AbstractHarmonics pollution of the utility grid has become more and more serious as the wider use of various power electronic devices in recent years. And it results in power quality drops and accidents happen. How to effectively restrain harmonics and improve the quality of electric power system has become a hotspot. Therefore, it is a great significance to analyze the harmonic of power electronic devices.Firstly, the harmonic of rectifier bridge device is analyzed content on resistive inductive load in theory, including single-phase and three-phase full-controlled bridge, semi-controlled and non-controlled rectifier circuit, and it derives the AC side current expression of the fundamental and harmonic valid values of those bridge rectifier harmonic on ignoring for-phase process and the DC current ripple. On this basis, this paper analyzes of the harmonic content of the three full-controlled rectifier bridge in considering the commutation process and the DC current pulse move forward a single step.Secondly, the single-phase and three-phase bridge is built with controlling rectifier circuit simulation model by using MATLAB/Simulink software as the simulation platform respectively, and analyzes the different delay firing angle of the AC side current harmonic content, and compares the theory calculations with the simulation analysis of data, the error is in the controllable range. The results show that it is proved the correctness of theoretical analysis by using simulation tools.Finally, it writes the harmonic current calculation interface by using MATLAB software, and achieves output of the harmonic content of the data visualization.Key Words：Bridge rectifier circuit, Harmonic calculation, Simulation analysis, Visual interface- III -目 录摘 要IAbstractII目 录III1 绪论11.1 论文背景与意义11.2 论文研究现状11.3 论文的研究内容与目标12 电力电子装置谐波电流的理论分析22.1 谐波概述22.2 电力电子装置谐波电流分析32.2.1 忽略换相过程的情形32.2.2 计及换相过程的情形92.2.3 计及直流侧电流脉动时的情形123 电力电子装置谐波电流的仿真分析153.1 单相桥式整流电路的仿真153.1.1 单相桥式全控整流电路153.1.2 单相桥式半控整流电路163.2 三相桥式整流电路的仿真183.2.1 三相桥式全控整流电路183.2.2 三相桥式半控整流电路193.3 GUI界面21结论23致谢24参考文献25兰州交通大学毕业设计（论文）1 绪论1.1 论文背景与意义一个理想的电力系统是以单一恒定频率与规定幅值的稳定的电压供电1。随着近几十年来科学技术的不断发展，在电力系统中很多电力设备的应用，出现了大量的非线性负荷以及供电系统本身存在非线性元件使得电力系统中的电压波形畸变越来越严重，对电力系统的稳定造成了很大的危害。其中电力电子装置是造成谐波问题最主要的设备之一，应用最为广泛的桥式整流装置在众多领域使用，由此带来的谐波问题日益严重，并引起广泛的关注。有关谐波问题的研究可以划分为以下四个方面：一、与谐波有关的功率定义和功率理论的研究；二、谐波分析以及谐波影响和危害的分析；三、谐波的补偿和抑制；四、与谐波有关的测量问题和限制谐波的标准的研究。本文将对谐波分析进行研究。1.2 论文研究现状有关电力电子装置的谐波分析的研究，早期的分析大多忽略交流侧电抗引起的换相过程的影响，以及直流侧电感量不足而引起的直流电源脉动的影响，即假定交流侧电抗为零，而直流侧电感无穷大。这样交流侧电流即为方波或阶梯波，波形简单，分析所得的结论清晰易记，直到现在仍被广泛采用。随着工程实际对更精确分析结果的需求，考虑各种非理想情况的分析方法相继被提出。最初是考虑换相过程的影响，后来是计及直流侧电流脉动的情况，一直到将换相过程和电流脉动一起考虑，精确度越来越高。近年来，国内外有关谐波的研究十分活跃，每年都有大量的论文发表，这一方面说明了这一研究的重要性，另一方面也预示着这一领域的研究将会取得重大突破。1.3 论文的研究内容与目标本文研究的重点就是谐波的实时分析，对桥式整流装置在不控、半控及全控的工作状态进行基波和各次谐波有效值的推导。在此基础上，以三相桥式全控整流电路为例，分析在考虑换相过程和直流侧电流脉动时的谐波电流含量情况。使用MATLAB软件中的Simulink工具模拟仿真，对比仿真结果与理论分析结果，验证理论分析的正确性。用MATLAB软件编写GUI(Graphical User Interface,用户图形界面)，实现对谐波分析结果的可视化输出。- 25 -2 电力电子装置谐波电流的理论分析电力电子装置已成为电力系统中的主要谐波源之一，而且消耗大量的无功功率。因此，对电力电子装置所产生的谐波的分析和计算是谐波研究的一个重要方面。这对于评估某电力电子装置对电网产生的危害和负担、判断是否需要设置补偿装置，以及补偿装置的具体设计都是非常重要的。从电网交流侧来看，电力电子装置的输入端可能是以下几种电路之一：整流电路，交流调压电路，或者周波变频电路（即交交变频电路）。本文主要研究桥式整流电路交流侧的谐波电流含量情况。2.1 谐波概述在供、用电系统中，通常总是希望交流电压和交流电流呈正弦波形。正弦波电压可表示为：(2.1)其中，U为电压有效值；a为初相角；w为角频率，f为频率，T为周期。式2.1表示的正弦波电压施加在线性无源元件电阻、电感和电容上，其电流和电压分别为比例、积分和微分的关系，仍为同频率的正弦波。但当正弦波电压施加在非线性的电力电子装置上时，电流就变为非正弦波，非正弦电流在电网阻抗上产生压降，会使电压波形也变为非正弦波。当然，非正弦电压施加在线性电路上时，电流也是非正弦波。对于周期为T=360/w的非正弦电压，一般满足狄里赫利条件，可分解如下形式的傅立叶级数：(2.2)其中，n=1,2,3或(2.3)其中，在式2.2或式2.3的表示的傅立叶级数中，频率与工频相同的分量称为基波，频率为基波频率大于1整数倍的分量称为谐波，谐波次数为谐波频率和基波频率的整数比。以上公式及定义均以非正弦电压为例，对于非正弦电流的情况也完全适用，把其中的电压量换成相应的电流量即可。2.2 电力电子装置谐波电流分析由于长期以来阻感负载的整流电路曾一直是应用最广、数量最多的电力电子装置之一，所以对阻感负载整流电路交流侧谐波的分析一度是电力电子装置谐波分析的主流工作，研究最充分，成果也最丰富。早期的分析大多忽略交流侧电抗引起的换相过程的影响，以及直流侧电感量不足而引起的直流电源脉动的影响，即假定交流侧电抗为零，而直流侧电感为无穷大。这样交流侧电流即为方波或阶梯波，波形简单，分析所得的结果清晰易记，直到现在仍被广泛采用。随着工程实际对更精确分析结果的需求，考虑各种非理想情况的分析方法相继被提出。最初是考虑换相过程的影响，后来是计及直流侧电流脉动的情况，一直到将换相过程和电流脉动一起考虑，精确度越来越高，分析时所需的电路参数和已知条件也越来越多。本文将对上述各种条件下的桥式整流电路做详细的谐波分析。2.2.1 忽略换相过程的情形(1) 单相桥式整流电路 全控整流电路忽略换相过程和直流侧电流脉动，即假设交流侧电抗为零，而直流电感为无穷大，则单相桥式全控整流电路在阻感负载时的电路如图2.1 (a)所示。并设电源为正弦电压：(2.4)其中，Em、E分别为电源电压的幅值和有效值；为触发延迟角。假设电路工作已经达到稳态，从=时刻加触发脉冲，晶闸管导通，由于直流电感无穷大，负载电流不能突变，整流电压可为负值。得到整流电压ud、电流id及交流侧电流i的波形如图2.1 (b)所示。由图可知，电流i为理想方波，其有效值I等于直流侧电流平均值。 (a) 电路 (b) 波形 图2.1 单相全控整流电路及相应波形将电流i分解为傅立叶级数，可得：(2.5)其中，基波和各次谐波有效值为： (2.6)根据式2.5和式2.6可知，电流中除基波外仅含有奇数次谐波，各次谐波有效值与谐波次数成反比，且与基波有效值的比值为谐波次数的倒数。 半控整流电路仍然假设交流侧电抗为零，而直流电感为无穷大，单相桥式半控整流电路如图2.2 (a)所示。电源电压仍然为式2.4表示的正弦电压。该电路是由晶闸管和二极管组成的，它实际上是将单相桥式全控整流电路下面两个桥臂的晶闸管换成了二极管。假设电路已经工作在稳态，=时刻晶闸管VT1加触发脉冲，电源电压经VT1和VD4向负载供电，当电源电压过零变负时，因电感作用使电流连续，VT1继续导通。但因a点电位低于b点，则电流流经VD2，电流不再流经电源，而是由VT1和VD2续流。此阶段，ud =0，不像全控桥电路出现ud为负的情况。电源电压负半轴分析与正半周类似。得出整流电压ud、电流id及交流侧电流i的波形如图2.2 (b)所示。可以看出，其交流侧电流的波形只与触发延迟角有关。因此，其基波和各次谐波有效值也必然是由决定的2。 (a) 电路 (b) 波形图2.2 单相半控整流电路及相应波形将图2.2 (b)所示的电流i分解为傅立叶级数，可得：(2.7)其中，(2.8)根据式2.8可得电流基波和各次谐波有效值分别为：(2.9)在式2.9中，令=0，代入可得： (2.10)式2.10与式2.6完全相同，说明在=0时，单相桥式半控与全控整流电路工作原理相同，是互为等效电路的。由式2.7和式2.9可得到简单的结论：电流中除基波外也含有奇数次谐波，各次谐波的有效值不再与谐波次数成反比，而是与延迟触发角有关。 不控整流电路单相桥式不控整流电路四个桥臂都为二极管，电路如图2.3所示。图2.3 单相不控整流电路该电路实际上就是单相全控整流电路在=0时的工作状态，根据式2.6可知，交流侧电流谐波含量与延迟触发角无关，则可以得出单相桥式不控整流电路的交流侧电流基波和各次谐波有效值与单相桥式全控整流电路的相同，表达式如下所示：(2) 三相桥式整流电路 全控整流电路忽略换相过程和电流脉动时阻感负载的三相桥式整流电路如图2.4所示。同样，交流侧电抗为零，直流电感Ld为无穷大。设电源为三相正序平衡电源。得到整流电压和交流侧a相电流波形如图2.5所示。以一相电流为例，则交流侧相电流是正负半周各为120的方波，正负半波间隔为603。图2.4 三相全控整流电路图2.5 三相桥式全控整流电路的电压及电流波形以a相电流为例，将图2.5所示所示的电流ia分解为傅立叶级数，可得：(2.11)若以a相电压过零点为时间零点，则有：(2.12)根据式2.11和式2.12可得出，不论时间原点的位置取在哪里，因为波形未变，所以基波和各次谐波的幅值也不变，只是如果时间原点左移了角，则基波初相角减少了，各次谐波分量的初相角减少了n。由式2.11可得电流基波和各次谐波有效值分别为：(2.13)由式2.13可以得到以下的结论：电流中仅含有6k1(k为正整数)次谐波，各次谐波有效值与谐波次数成反比，且与基波有效值的比值为谐波次数的倒数。 半控整流电路有时在工矿企业中采用比三相全控桥更为简单的电路4,5，即三相桥式半控整流电路如图2.6 (a)所示，即用一组二极管代替一组晶闸管。为控制方便，共阴极组采用晶闸管，共阳极采用二极管。当=0，其工作方法与全控桥一样。当不太大，输出电压仍连续时，共阴极晶闸管需要经触发脉冲才能导通换相，而共阳极的二极管则在自然换相点处换相。如果负载电感足够大，电流为恒稳直流，其情况与全控桥时相似，各相电流正负半波各为，但正负半波间隔不再是60，而是60与60。在较大时，为完善电路工作性能，有时在负载端接续流二极管，其电路如图2.6 (b)所示。接入续流二极管后，当60，输出电压波形连续，续流二极管不工作，分析与没有续流二极管时相同，整流电压与直流侧电流波形如图2.7 (a)所示。当60时，整流电压波形不再连续，由于电感的作用，负载电流仍为持续的恒稳直流，晶闸管和二极管在每个周期内导通180，其余时间为续流二极管导通以维持负载电流连续。即续流二极管导通时间为180。a相电流正、负半波均是底为180，高为Id的方波，正、负半波间隔分别为60与60，整流电压和直流侧电流波形如图2.7 (b)所示。 (a) 直流侧不接续流二极管 (b) 直流侧接续流二极管图2.6 三相桥式半控整流电路(a) 60 (b) 60图2.7 三相桥式半控整流电路的电压、电流波形以a相电流为例。设60180，将图2.7 (b)所示的电流ia分解为傅立叶级数，得到基波和各次谐波有效值的统一表达式。(2.14)令n=1，代入式2.14可得基波和各次谐波电流有效值为：(2.15)当计算出的谐波电流为负值时，取其绝对值即可。根据式2.15可得出如下结论：电流中次的谐波不存在。除含有次的特征谐波外，电流中还含有的非特征谐波。 不控整流电路三相桥式不控整流电路其实质就是把三相全控桥中的晶闸管全部换成二极管，电路图如图2.8所示。图2.8 三相桥式不控整流电路由图2.8可知，其谐波分析与对应的全控整流桥一致，相当于=0时的特殊情况，即可得出三相桥式不控整流电路的基波和各次谐波电流表达式分别为：2.2.2 计及换相过程的情形计及换相过程但忽略直流侧电流脉动，就是考虑交流侧电抗不为零，但直流电感仍假设为无穷大6。本文以三相桥式全控整流电路为例进行分析推导。计及换相过程但忽略直流脉动的三相桥式整流电路在阻感负载时电路如图2.9所示，LB为各相交流侧电感。图2.9 计及换相过程的三相桥式全控整流电路假设电源为三相平衡正弦电压，取VT6导通，从VT5向VT1换相的情况，由于交流侧电感的存在，交流电流不能突变，换相过程ia从零增大到Id，换相完成。此过程如图2.10所示，以触发延迟角处为时间零点，则有：图2.10 计及换相过程的三相桥式全控整流波形换相过程应满足如下方程(2.16)求解式2.16的方程组，可以得出：(2.17)其中，为交流侧电抗，。另外，根据图2.10可以得到如下关系式：(2.18)其中，为换相重叠角。经过以上分析计算，交流侧电流各段时间的表达式可以用式2.17与式2.18得出，以a相电流的正半周期为例，其表达式如下：(2.19)对式2.19进行傅立叶分解，得到a相电流的基波和各次谐波电流有效值的表达式分别为：(2.20)(2.21)其中，n=6k1，k为正整数。由式2.20和式2.21可得如下结论：交流侧电流中除含有基波外，仍然只含有(k为正整数)次谐波。2.2.3 计及直流侧电流脉动时的情形考虑直流侧电流的脉动，即考虑直流侧电感量为有限值。这里又分为是否忽略换相过程这两种情况，以下将以三相桥式全控整流电路为例，分别推导一种近似计算交流侧电流谐波的公式。(1) 忽略换相过程Dobinson法计及直流侧电流脉动时其电流波形如图2.11所示。从图2.11可以看出Dobinson法的基本思想就是用两个正弦波顶上各60的波头部分，叠加在120方波上面，来近似代表电流脉动的情况7。图2.11 计及直流侧脉动时三相全控整流电流波形另外，引入电流纹波比这个参数来表示电流脉动的程度。参照图2.11，电流纹波比的定义为：(2.22)其中，为电流波头脉动的峰峰值。这样，交流侧电流波形可以由这两个参数确定。仍以a相电流的正半周为例，其表达式如下所示：(2.23)对式2.23进行傅立叶分解，可得：(2.24)(2.25)若计算结果为负值，则表示相位差180，取其绝对值即可。根据式2.24和式2.25可以看出，交流侧电流除基波外，仍只含有(k为正整数)次谐波。(2) 计及换相过程Graham-Schonholzer法Graham-Schonholzer法是在Dobinson法的基础上，再考虑换相过程后提出来的8。它对交流侧电流的近似处理，是将Dobinson法的用两个正弦波头叠加在120方波上，改进为叠加在120的梯形波上，如图2.12所示。梯形波的斜边就是对换相过程的较好近似。图2.12 计及换相过程和电流脉动时的电流波形为了表达方便，引入换相末电流IB这个量。就是换相结束的时刻流过导通晶闸管的电流值。与前述一样，是电流波头脉动的峰峰值。(2.26)再引入以为分母的电流纹波比，即：(2.27)则图2.12所示的电流波形，即可用式2.26和式2.27以及换相重叠角这三个量来表示。对电流进行傅立叶分解，可得到基波和各次谐波有效值的统一表达式。(2.28)其中，n=1或n=6k1，k为正整数。应当注意，当代入n或的值出现分母为零的情况时，应利用如下极限公式进行计算：由式2.28可以得出与Dobinson法相似的定性结论。即交流侧电流除基波外，仍只含有次谐波。3 电力电子装置谐波电流的仿真分析根据第2章的理论分析，推导出了桥式整流电路在各种情况下的基波和各次谐波有效值的计算公式。利用MATLAB软件中的Simulink仿真工具可实现对上述电路的动态系统建模、仿真，验证理论分析的合理性9-11。3.1 单相桥式整流电路的仿真3.1.1 单相桥式全控整流电路根据图2.1 (a)所示的电路，搭建的单相桥式全控整流电路（本文后面的仿真都是阻感负载）的仿真模型如图3.1所示，图中负载为：R=1，L=0.4H，触发延迟角，触发器频率为100Hz。图3.1 单相全控整流桥电路仿真模型对仿真模型，由于负载端是阻感负载，在0.9s左右电流才达到平衡，输出整流电压波形连续，如图3.2所示。Simulink仿真软件中powergui模块功能之一是FFT，该模块可分析电压和电流量的谐波含量情况，并且能计算出基波和各次谐波的幅值及有效值。取0.9s开始的一个周期的交流侧电流波形如图3.3所示，用powergui分解为傅立叶级数，得到基波和各次谐波有效值如图3.4所示。图3.2 当时的整流输出电压波形 图3.3 交流侧电流一个周期的波形 图3.4 谐波分析结果从图3.4可以明显的看出，交流侧电流除基波外，含有奇数次谐波且谐波有效值大小与谐波次数成倒数关系，偶数次谐波含量非常小。这与式2.6分析结果相符合。3.1.2 单相桥式半控整流电路由图2.2 (a)所示的电路，单相桥式半控整流电路的仿真模型如图3.5所示。图中电源电压为工频正弦电源，其中负载为：R=1，L=0.2H，触发延迟角45，触发脉冲控制器频率设置为50Hz，脉冲1的初相角时间设置为0.0025s，脉冲2的初相角时间设置为0.0125s，即可满足触发角45。图3.5 单相桥式半控整流电路仿真模型对模型进行仿真，图3.6所示的是整流输出电压。这是由于二极管的导通方式与晶闸管不同，晶闸管承受反向电压还能导通，但二极管不能导通。在电源电压过零点时，另一个二极管导通，交流侧相当于被短路，电流不再流经电压源，而是二极管续流，则输出电压波形不再是连续的。该仿真模型负载为大电感负载，直流侧电流在1s左右才达到平衡，对交流侧电流进行谐波分析时，取1.2s开始的一个周期的电流，如图3.7所示，它是一个阶梯方波，用powergui模块进行傅立叶级数分解，得到如图3.8所示的交流侧谐波电流有效值频谱图。图3.6 当时的整流输出电压波形 图3.7 交流侧电流一个周期的波形 图3.8 谐波分析结果由图3.8可以明显的看出，交流侧电流除基波外，还含有奇数次的谐波，与单相桥式全控整流电路相比，3、5次谐波明显减少。用powergui模块分析谐波含量的同时，还能计算出各次谐波有效值的大小，在表3.1中为仿真数值。单相桥式半控整流电路计算输出整流电压平均值公式为：(3.1)则负载电流平均值为：(3.2)根据仿真模型可知电源电压E=220V，R=1，=45，代入式3.1和式3.2计算得：将已知条件和上面计算的代入式2.9中，分别计算出基波和各次谐波有效值，结果如表3.1所示。表3.1 仿真数据与计算结果比较基波和谐波仿真值(A)计算值(A)基波和谐波仿真值(A)计算值(A)DC0.000.00h114.735.29Fund137.41140.56h120.000.00h20.010.00h134.864.47h318.3319.41h140.000.00h40.000.00h159.429.37h511.8711.64h160.000.00h60.000.00h177.988.26h719.8120.08h180.000.00h80.000.00h192.573.06h915.1115.61h200.00h100.000.00根据表3.1的对比可知，理论计算与仿真分析相符合。说明理论计算是正确的。3.2 三相桥式整流电路的仿真3.2.1 三相桥式全控整流电路根据图2.4所示的电路图，三相桥式全控整流电路的仿真模型如图3.9所示，图中电源为三相平衡电源，有效值为220V。相位差各为120，负载为：R=1，L=0.1H。用同步6触发脉冲给三相桥式全控整流电路输入脉冲，Block输入为0，表示该装置输出脉冲。alpha_de为触发延迟角，本次仿真设=30。图3.9 单相全控整流桥电路仿真模型对模型仿真，整流输出电压如图3.10所示，与单相桥式全控整流电路仿真相似，直流侧电流在0.8s左右达到平衡，取图3.11所示的一个周期的交流侧电流波形，进行傅立叶级数分析，得到如图3.12所示的基波和各次谐波有效值示意图。图3.10 当时的整流输出电压波形 图3.11 交流侧电流一个周期的波形 图3.12 谐波分析结果由图3.12可以明显的看出，交流侧电流除含有基波且含有6k1(k为正整数)次谐波，这与式2.28分析的结果相符合。3.2.2 三相桥式半控整流电路根据图2.6 (a)所示的三相桥式半控整流电路，搭建的仿真模型如图3.13所示，仍然设图中电源为工频三相平衡电源，电压有效值值为220V，负载：R=1，L=0.4H，同步6脉冲设置与三相桥式全控整流电路仿真相同。三相桥式半控整流电路一个周期需要3个脉冲，用多路选择器Selector选择第1、3、5路脉冲，控制晶闸管的导通，触发延迟角=60。对图3.14所示的模型仿真，输出的整流电压如图3.14所示，从图中可以看出，输出电压波形连续。当延迟触发角再增大时，输出电压波形就不再连续。直流侧电流在0.9s左右达到平衡，取0.9s开始的一个周期的交流侧电流波形，如图3.15所示，进行傅立叶分解，得到的三相桥式半控整流电路交流侧电流的基波和各次谐波有效值如图3.16所示。图3.13 三相半控整流桥电路仿真模型图3.14 当时的整流输出电压波形 图3.15 交流侧电流一个周期的波形 图3.16 谐波分析结果由图3.16可以明显的看出，交流侧电流中含有3的倍数次谐波含量非常小。仿真分析得出各次谐波有效值的大小如表3.2所示。在三相桥式半控整流电路中，输出直流侧电压平均值为：(3.3)负载电流平均值用式3.2计算，根据仿真已知电源电压E=220V，R=1，=60，代入式3.4计算可得负载平均电流。根据式2.15，计算出三相桥式半控整流电路交流侧基波和各次谐波有效值如表3.2所示。表3.2 仿真数据与计算结果比较基波和谐波仿真值(A)计算值(A)基波和谐波仿真值(A)计算值(A)DC0.150.00h1120.5421.11Fund232.92232.28h120.020.00h2115.74116.14h1318.4018.87h30.010.00h1416.0316.59h458.5058.07h150.020.00h545.8646.46h1615.0614.52h60.010.00h1713.1113.67h733.6833.18h180.020.00h828.4529.03h1912.7812.23h90.010.00h2011.61h1023.7523.23由表3.2可知，理论计算数据与仿真分析相符合。说明式2.15的推导是正确的。3.3 GUI界面MATLAB图形用户接口开发环境提供了一系列工具用于建立GUI界面12，这些工具极大简化了设计和建立GUI的过程。本文使用该软件建立一个简单的谐波电流计算界面，实现了谐波分析结果的可视化输出。界面有三个数据输入窗口，分别输入的是直流侧电流平均值、延迟触发角、谐波次数，界面可以选择单相或三相整流电路，工作方式可选择为不控、半控或全控这几种状态，如图3.17所示。图3.17 界面输入窗口截图输出的是该次谐波的有效值。界面还提供帮助文档和退出提示按钮，整体界面如图3.18所示，关闭提示按钮如图3.19所示。图3.18 GUI界面截图图3.19 界面退出提示按钮截图结论本文采用傅立叶级数方法分析推导了桥式整流电路在不同的工作条件下交流侧电流的谐波含有情况，并在此基础上研究了三相桥式全控整流在考虑换相过程以及直流侧脉动时的交流电路谐波含量。并通过仿真验证了理论分析推导的正确性。主要的结论和成果如下：(1) 理论分析得出的桥式整流电路交流电流谐波计算表达式，有部分是在理想的条件下推导出来的，与实际有一定的误差。在考虑换相和直流侧电流脉动时推导出的谐波计算表达式具有较高的精确度。利用计算机仿真，可以得到确定数值下的交流侧电流的确切波形，得到交流侧谐波电流的真实解，但无法写出结果的解析表达式，无法反映交流侧电流谐波与电路参数关系的规律。(2) 根据理论与仿真分析可得，桥式整流电路对于网侧相当于一个包含高次谐波的电流谐波源，其中单相桥式半控整流电路交流侧谐波电流含量比相应的全控整流电路减少许多。相反，三相桥式半控整流电路比相应的全控整流电路交流侧谐波含量明显增加。(3) 用Dobinson法和Graham-Schonholzer法推导出了三相桥式全控整流电路谐波电流表达式，可知在非理想条件下，交流侧电流谐波次数与理想条件下的是完全相同的，谐波含量不同。(4) 对推导得出的谐波电流表达式，设计编写了可视化界面GUI，实现了谐波电流的可视化输出。需进一步研究的问题：(1) 本文在考虑换相过程和直流脉动时只分析了三相桥式全控整流电路，可分析其他几种桥式整流电路在该条件下的交流电流谐波含量情况。(2) 仿真分析可模拟考虑换相过程和直流脉动情况，提高谐波仿真分析的精确度。致谢本设计（论文）的工作是在我的导师XXX老师，研究生XXX学姐细心的帮助下完成的。X老师严谨的治学态度和细致的工作方法给了我极大的帮助和影响，并指导完成了论文。论文的选题，搜集资料，内容提纲的编写，理论分析、仿真分析，界面的编写过程研究生XXX都给了我细心的指导，在此表示深深的谢意。在图书馆查找资料时，图书馆的老师也给了我很多方便，在此向帮助和指导过我的各位老师表示衷心的感谢！感谢这篇设计所涉及到的各位学者。本文引用了数位学者的研究文献，如果没有各位学者的研究成果的帮助和启发，我将很难完成本篇设计。感谢我的同学、朋友和806实验室的各位学长学姐，在我设计过程中给予我很多资料和建议，还在论文的撰写和排版过程中提供热情的帮助。由于我的学术水平有限，所写论文难免有错误和不足之处，恳请各位老师和同学批评和指正。参考文献1王兆安,杨军,刘进军等.谐波抑制和无功功率补偿(第二版)M.北京:机械工业出版社,2005:1-78.2王兆安,刘进军.电力电子技术(第五版)M.北京:机械工业出版社,2009:47-73.3王益红,崔建明,王成义等.三相全控桥整流电路谐波分析J.山东矿业学院学报,1999,18(2): 120-122.4赵莉华,舒欣梅.电力电子技术M.北京:机械工业出版社,2010:98-126.5吴竞昌,孙树勤.供电系统谐波M.北京:水利水电出版社,1998:82-106.6饶丽华,牟龙华.整流桥控制角和换相重叠角对谐波影响的分析J.电子测量技术,2008,31(1):80-84.7L. G. Dobinson.Closer accord on harmonicsJ.IEE Electron Power,1995,13(15):567-572.8A. D. Graham,E. T. Shonholzer.Line harmonics of converters with DC motor loadsJ.IEEE Trans Ind Appl,1983,19(1):84-92.9黄忠霖,黄京.电力电子技术的MATLAB实践M.北京:国防工业出版社,2009:231-286.10方杰.三相桥式整流电路谐波电流检测分析与仿真J.质量技术监督研究,2010,7(1):30-33.11陶海英,熊俊.基于MATLAB的三相全控桥式整流电路仿真分析J.江西电力职业技术学院学报,2011,24(1):53-55.12罗华飞.MATLAB GUI设计学习手记(第二版)M.北京:北京航空航天大学出版社,2011:345-420.