参考视频04 相控与斩控交交调压THD的计算_哔哩哔哩_bilibili本人使用的matlab版本Matlab 2024b模型电路图相控上图斩控下图一、相控模型1.打开MATLAB点击新建选择Simulink。2.点击空白模型。3.点击库浏览器4.点击启动独立的库浏览器这样比较好操作。5.在Simulink库浏览器中选中Simscape-Electrical-Specialized Power Systems找到powergui将其拖入到模型中。6.下面依次将用到的器件拖入到模型中。交流电源Simscape/Electrical/Specialized Power Systems/Sources/AC Voltage Source晶闸管三相桥臂Simscape/Electrical/Specialized Power Systems/Power Electronics/Universal BridgeRLC负载Simscape/Electrical/Specialized Power Systems/Passives/Series RLC Branch7. 进行连接线路选中晶闸管鼠标右键点击拖拽就可以复制出另一个然后根据电路图反转180度快捷键CtrlI)旋转RLC负载可以选中后快捷键CtrlR最后按照电路图连线。8.设置参数交流电源峰值220*sqrt(2) V频率50 HzRLC电阻只使用R阻值设置为8Ω9.为晶闸管添加脉冲信号。查找Simulink/Sources/Pulse Generator设置周期1/50设置相位延迟秒30/360*1/50复制选中鼠标右键拖拽翻转快捷键CtrlI设置周期1/50设置相位延迟秒(30180)/360*1/5010.设置运行参数将停止时间设置为0.1s点击模式设置设置一下最大步长设置周期的1/200之一这样生成的曲线更加光滑。11.添加示波器进行测量首先对于负载的测量设置鼠标左键双击负载模块将Measurements选中为Branch voltage and current。12.添加万用表模块Simscape/Electrical/Specialized Power Systems/Sensors and Measurements/Multimeter添加示波器模块Simulink/Sinks/Scope双击打开参数设置全选Ub、Ib点击Select点击确定。13.连接万用表与示波器点击运行双击示波器即可以看到波形。波形有30°的延迟延迟越多输出电压有效值越低就起到降压的一个效果。二、斩波模型1.添加mos管Simscape/Electrical/Specialized Power Systems/Power Electronics/Mosfet按照电路图进行mos管翻转、mos管旋转、连线。2.添加子系统Simulink/Commonly Used Blocks/Subsystem将mos管剪切到子系统鼠标双击打开中。3.输入的信号作为斩波的信号输出的信号应该是电信号。添加4个输入输出的端子Simulink/Signal Routing/Connection Port将四个mos管进行重命名便于输入输出区分按照电路图进行连线将34设置为右侧位置。4.对于输入信号 使用Demux位置Simulink/Commonly Used Blocks/Demux拆分成4个双击输出数目改为4然后依次连接到mos管g端口。5.对于mos管的m接口主要是用来测量的为了避免运行警告可以加上终端。位置Simulink/Commonly Used Blocks/Terminator6.返回主系统此时斩控的主干路已经完成将交流电源与电阻从相控电路中复制出来就可以直接连线使用。7.复制相控的万用表与示波器然后移除相控的电阻电压电流测试添加斩控的电阻电压电流。8.对斩控电路进行控制为了直观整洁先建立一个子系统位置Simulink/Commonly Used Blocks/Subsystem进行封装。9.进入子系统只需要一个输出。根据输入电压进行区分为正半轴与负半轴。先设置交流电源的测量。10.判断正负然后进行不同的处理。首先添加选择开关模块位置Simulink/Commonly Used Blocks/Switch11.当交流电源为正值时接通时应该S1接通S2断开断开后应该是S4接通由于会有四个信号输入添加一个Mux位置Simulink/Commonly Used Blocks/Mux拆分四合一。添加脉冲发生器Simulink/Sources/Pulse Generator设置参数斩控的频率要尽量高一些20k以上占空比设置为50%。12.这里是逻辑信号最好使用信号转换添加数据类型转换模块位置 Simulink/Signal Attributes/Data Type Conversion输出类型选择Boolean。13.由于S4是和S1斩波互补的所以添加一个逻辑操作位置Simulink/Logic and BitOperations/Logical Operator并将运算符设置为NOT。14.由于S2、S3在正半轴时是不工作的。直接将0作为输入即可添加常熟模块位置Simulink/Commonly Used Blocks/Constant设置参数主要-常量值设置为0信号属性-输出数据类型设置为Boolean。15.复制正半轴的处理修改信号接入顺序S2是斩波三是互补的斩波即可完成负半轴的处理。16.点击运行打开示波器即可以看到波形。放大波形即可以看到斩波。对于这种电压我们是不能接受的我们希望是一个比较平滑的电压波形。三、THD分析THD总谐波畸变率各次谐波有效值平方和的开方/基波有效值反应谐波的质量。1.先把数据导入工作空间中选中万用表出来的数据鼠标右键选择记录所选信号。将相控与斩控数据都导入工作空间。点击运行可以在工作空间中看到输出logsout。如果没有看到导出数据可以在模型设置--数据导入导出取消单一仿真输出的勾选。2.点击powergui在Apps中选择FFT Analyzer。如果出现错误无法识别的字段名称 dimensions。打开示波器-记录-勾选记录格式到工作区-修改保存格式为带时间的结构体重新运行即可。3.设置参数分析相控电压的THD从波形进入稳态进行设置Start time可以设置为0.02Number of cycles设置为2这里需要停止时间从0.03设置为0.06重新运行这样0.02s后才有2个周期Fundamental frequency (Hz)设置为50Max frequency (Hz)设置为2000Max THD frequency选择Same as Max frequency点击Compute FFT。柱状图第一个是基波后面依次是各次谐波3次、5次、7次...谐波随着频率的增加逐渐减小。4.对于斩波设置相同参数THD为7.46%。5.THD 大本质是输出波形中高次谐波含量高控制算法再好PWM 输出在功率级天然会引入高频开关谐波因此必须在功率输出侧通过滤波手段保留基波50/60 Hz 或控制目标频率衰减高频及低次非特征谐波在电力电子中滤波器位于功率级电压、电流等级高有源滤波运放、数字滤波不具备承受能力工程中 PCS / APF / 并网逆变器几乎全部采用无源滤波无源滤波器稳定、可靠、损耗可控、成本可接受。无源滤波的基本形式电感L抑制电流变化削弱高频电流谐波电容C旁路高频电压分量LC / LCL 组合在保证基波通过的同时对开关频率附近谐波有更强衰减工程中单机侧常见L / LC并网侧常见LCL由于系统为电压源型输出负载呈电压型特性工程上通常采用 LC 无源滤波器对高频谐波进行抑制。找到RLC负载Simscape/Electrical/Specialized Power Systems/Passives/Series RLC Branch在电路上串联一个电感并联一个电容。计算参数主要考虑两个方面第一步确定电感根据电感的基波压降整体额定电压的5%左右电容就根据谐振频率来确定一般谐振频率设置为开关频率的1/3处。电容的计算电容的计算计算得出0.8微法电容设置为1微法。6.重新运行可以看到波形比较平滑了。7.可以测一下电压有效值找到RMS模块位置Simscape/Electrical/Specialized Power Systems/Sensors and Measurements/RMS频率设置为50Hz用Demux位置Simulink/Commonly Used Blocks/Demux把电压变量分出来用Display用于显示数值位置Simulink/Sinks/Display)结果显示108.5与预期110非常解决8.其实模型有个问题实际情况S1与S4互补可能存在S1S4都没有导通的情况就是产生非常大的电压严重危害整个电路。现在重新设置为S4一直导通S1处于斩波的状态。我们一般采用互补性的导通或者非互补性的导通这里就是非互补的。重新运行即可。9.将阻性负载修改为阻感性负载重新运行会发现电压过零的时候会有较大波动这是因为阻感性负载时电压电流会有延迟会有一段时间他们方向相反。10.再把阻感性负载改为阻性负载重新运行点击powergui在Apps中选择FFT Analyzer。设置参数点击Compute FFT可以看到THD明显变小。11.最后可以通过Demux和Mux比较相控与斩控的电压。