使用Matlab的FFT分析六脉动整流的谐波.docx

使用Matlab的FFT分析六脉动整流的谐波.docx

《使用Matlab的FFT分析六脉动整流的谐波.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《使用Matlab的FFT分析六脉动整流的谐波.docx（30页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

使用Matlab的FFT分析六脉动整流的谐波

matlab谐波分析总结

一根本思路

为直观分析显示整流装置的谐波特性，使用matlab的simulink搭建整流电路，利用matlab的fft函数分析其电压与电流波形的谐波特性，并利用matlab的绘图工具，直观的显示谐波的相关参数。

输出详细参数到文件。

包括以下想法：

1：

用simulink搭建一个由多个不同幅值及相位的正弦波，输出到workspace的simout参数，主要是为了验证算法的正确性。

２：

算出THD%

二算法及验证

1：

Sine叠加输出

sine.mdl文件

其中含4个SineWave，其参数如下表所示。

Sinewave

Amplitude

bias

Frequency（rad/sec）

Phase（rad）

SampleTime

1

2

0.7

2*pi*50

0

-1

2

0.5

0

2*pi*50*5

Pi/180*90

-1

3

1

0

2*pi*50*9

pi/180*45

-1

4

0.3

0

2*pi*50*26

Pi/180/（-135）

-1

表达的波形为

f（t）=2*sin（2*pi*50*t）+0.5*sin（2*pi*50*5*t+pi/2）

+1*sin（2*pi*50*9*t+pi/4）+0.3*sin（2*pi*50*26*t-pi*3/4）

为不同幅值与相位的50Hz的基波，5次、9次、26谐波的叠加。

含基波、奇次、偶次、高次谐波。

在基波上加了0.7的偏置，模拟直流分量。

示波器输出到workspace的参数名

仿真参数10个周波，每周波采样点2048个

使用1/50/2048的采样频率，是为了每个周波采2048个点，便于准确的FFT分析。

理论上可以分析1024次以内的谐波。

simulink的scope的输出

simulink的workspace的输出

ScopeData.signals.values共10*2048个点。

之所以采10个周波，是为了保证可以避开初始的过渡状态，虽然当前的仿真没有过渡状态，但六脉动整流如果负载有电容的话会有。

实际进展FFT分析时，只抽取一个稳定状态周期的2048个点。

2：

代码

程序名分fenxi_FFT.m

%基波频率为50Hz

N=2048*4;%每周波采2048个点

fp=30;%拟显示的倍频次数，需小于N/2用于使前面的参数显示清晰

wq=5;%稳定周期个数，为保证下行程序数组不出错，workspce的数据周期必须大于wq值

kh=0.01;%幅值比例系数，输出到文本时太小的谐波参数不输出

fid=fopen（'output.txt','wt'）;%准备写入文件，文件在当前目录下

fprintf（fid,'每周波采样点数=%d\n',N）;

y=ScopeData.signals.values;%读取workspce数据,第一个点前面为示波器输出到workspce参数名

t=0:

0.02/N:

0.02/N*（size（y）-1）;%每个周期为0.02秒，每周期采Ｎ个点，共size（y）-1个点

subplot（2,1,1）;

plot（t,y）;

xlabel（'时间/s'）;

ylabel（'幅值'）;

title（'原始信号'）;

gridon;

subplot（2,1,2）;

pn=wq*N;%取数据的基准点，主要目的是等系统稳定

plot（t（pn:

pn+N-1）,y（pn:

pn+N-1））;%数据周期必须小于wq，将出错

xlabel（'时间/s'）;

ylabel（'幅值'）;

title（'抽取信号'）;

gridon;

figure

（2）;

subplot（2,1,1）;

z=fft（y（pn:

pn+N-1）,N）;

mag=abs（z）/N*2;%/N*2复原为真实的幅值

mag

（1）=mag

（1）/2;%直流幅值要再除以2

f=0:

N/2;%可分析N/2倍频率，N=128点时，可解析64倍频相关参数

bar（f（1:

fp）,mag（1:

fp））;%频谱直方图bar火柴杆stem

%bar（f（2:

fp）,mag（2:

fp））;%除去直流分量显示

%bar（f（3:

fp）,mag（3:

fp））;%除去基波分量显示

gridon;

xlabel（'频率/倍'）;

ylabel（'幅值'）;

title（'FFT分析结果'）;

fprintf（fid,'直流分量=%8.4g\n',mag

（1））;

fprintf（fid,'基波峰值=%8.4g\n',mag

（2））;

%求THDu

Uhf=0;

fori=3:

（size（mag）-1）/2%去除直流与基波各次谐波平方加奈奎斯特频率为采样频率的一半

if（（mag（i）/mag

（2））>kh）%输出各次谐波电流

fprintf（fid,'%d次谐波峰值%8.3g\t%2.3g%%\n',i-1,mag（i）,mag（i）/mag

（2）*100）;

end

Uhf=Uhf+（mag（i））^2;

end

Uhf=sqrt（Uhf）;

THDu=Uhf*100/mag

（2）;%比上基波乘以100%

fprintf（fid,'总谐波畸变率THD=%6.3f\n',THDu）;

subplot（2,1,2）;

theta=angle（z）/pi*180+90;%不知为何要+90才对

%考虑matlab计算误差，幅值接近0的地方需将相位强制赋0，因为实部误差小/虚部误差小求出的角度不为0，但无意义

fori=1:

size（mag）-1

if（（mag（i）/mag

（2））

（1）相关最正确，但怕mag（i）=0

theta（i）=0;

end

end

bar（f（1:

fp）,theta（1:

fp））;%频谱直方图bar火柴杆stem

gridon;

xlabel（'频率/倍'）;

ylabel（'相位/度'）;

title（'FFT分析结果'）;

YT=0:

45:

460;

set（gca,'YTickMode','manual','YTick',YT）

set（gca,'YMinorTick','on'）;

fclose（fid）;%关闭文件

3：

说明

（1）程序显示4幅图，原始波形、抽取的一个周波、FFT后的幅值、FFT后的相位。

（2）t为每个采样点对应的时间，从０开场，步长为１/50//N秒

（3）参数wq=7。

从第7个周期开场去N个点。

该参数是为了保证取一个稳定的周期，避开过渡周期。

该参数可根据观测波形后设定。

为保证下行程序数组不出越线错误，workspce的数据周期必须大于wn值。

（4）fp=30为拟显示的倍频次数。

理论上每周期采N点fp可设为N/2。

为清晰显示，故设为30。

该参数可更改为≦N/2的值。

（5）程序运行过程中发现，当某次谐波的幅值很小时，发现其相位变化很大，分析其原因认为是FFT结果实部虚部都很小，误差大，故加了一判断，当幅值很小时相位强制置0。

考虑阅读习惯，相位以角度显示。

３：

运行结果

Output.txt

4：

运行结果验证

5：

结论

程序正确，输出灵活

三６脉动整流电路谐波分析

1搭建

该电路可分析负载电流、负载电压、电源电流、电源电压。

当前输出的是相电流。

仿真采用Fixed-step，fundamentalsampletime为1/50/2048，3个电源的sampletime为-1，

保证每周期输出2048个点。

整流管参数

2改变负载电阻

电源电压有效值220

1欧

10欧

30欧

直流分量

7.503e-005

3.912e-006

1.257e-006

基波峰值

565.6

56.67

18.9

THD

30.748

30.748

30.746

5次

128

22.6%

12.8

22.6%

4.27

22.6%

7次

64.1

11.3%

6.42

11.3%

2.14

11.3%

11次

51

9.02%

5.11

9.02%

1.7

9.02%

13次

36.7

6.49%

3.68

6.49%

1.23

6.49%

17次

31.8

5.63%

3.19

5.63%

1.06

5.63%

19次

25.7

4.55%

2.58

4.55%

0.86

4.55%

23次

23.1

4.09%

2.32

4.09%

0.772

4.09%

25次

19.8

3.51%

1.99

3.51%

0.663

3.51%

结论

THD值不变，各次谐波与基波的比值不变，基波幅值决定了各次谐波的幅值。

6脉动整流的谐波为

，各次谐波幅值比已定。

理论上网侧电流傅立叶级数展开为

1.103*Id?

3增加滤波电容负载

R=1欧c=1000uF，仿真出现不正常尖峰波，将采样频率提高有改善，故采样频率改为8192,

c=20000uF,电流波形增加了过零点。

电源电压有效值220，电阻1欧

1000uF

5000uF

20000uF

直流分量

2.552e-006

1.252e-006

0.002021

基波峰值

565.7

571.7

592.5

THD

32.195

56.366

117.512

5次

134

23.7%

239

41.8%

473

79.8%

7次

67

11.8%

119

20.9%

374

63.1%

11次

53.7

9.49%

95.6

16.7%

185

31.2%

13次

38.3

6.77%

68

11.9%

135

22.8%

17次

33.6

5.94%

59.7

10.4%

123

20.8%

19次

26.8

4.73%

47.5

8.31%

115

19.4%

23次

24.4

4.32%

43.4

7.6%

80.8

13.6%

25次

20.6

3.64%

36.5

6.38%

71.5

12.1%

负载脉动电压峰峰1000uF70V、5000uF70V、20000uF45V50000uF30V150000uF10V。

当150000uF时由于暂态过程长，取第一个波作分析时谐波会明显不一样，必须取后面比拟稳定的波。

在暂态过程中，会有直流及偶次谐波。

取第6个波

取第1个波

结论

电容越大，负载上的波动越小，但谐波越大。

四半波整流电路谐波分析

1搭建

电源峰值100，电阻1

2改变负载电阻

0.2

1

直流分量

156.4

31.4

基波峰值

246.2

49.44

THD

43.968

43.968

2次

106

42.9%

21.2

42.9%

4次

21.1

8.57%

4.24

8.57%

6次

9.04

3.67%

1.81

3.67%

8次

5.02

2.04%

1.01

2.04%

10次

3.19

1.3%

0.64

1.3%

结论

半波整流的谐波为2k，THD及各次谐波幅值比已定。

3增加滤波电容负载〔并联〕

C=10000e-6波形图

C=10000e-6频谱图

R=1欧

0

1

10000e-6

直流分量

31.4

32.16

56.5

基波峰值

49.44

51.55

104.4

THD

43.968

48.200

106.763

2次

21.2

42.9%

23.6

45.8%

81.5

78.1%

3次

1.6

3.11%

52

49.8%

4次

4.24

8.57%

5.53

10.7%

26.6

25.5%

5次

1.52

2.96%

17.7

17%

6次

1.81

3.67%

2.67

5.18%

19.4

18.6%

7次

1.42

2.75%

17.1

16.4%

8次

1.01

2.04%

1.56

3.03%

12.3

11.8%

9次

1.29

2.5%

10.8

10.3%

10次

0.64

1.3%

0.99

1.92%

11.3

10.8%

11次

1.14

2.22%

10.1

9.71%

结论：

电容越大，谐波越大

五全波整流电路谐波分析

直流分量=61.95

2次谐波峰值42.3

4次谐波峰值8.45

6次谐波峰值3.61

8次谐波峰值2

10次谐波峰值1.27

12次谐波峰值0.872

14次谐波峰值0.635

结论

无基波频率分量，对系统的影响待分析。