XX大学毕业设计（论文）
摘要
本文论述了谐波抑制的意义及思想方法，在此基础上对变频器的拓扑结构进行了系统分类，分析并比较了各种拓扑的结构、工作原理和特点;并且介绍了变频器几种常见的控制和调制技术。以多脉动整流技术和PWM整流技术为对象，研究了变频器输入级即整流电路的谐波抑制方法，深入分析了网侧输入电流谐波分布特性，并且将多重化整流和三电平PWM整流输入谐波与IEEE-519标准进行了比较;对三电平逆变器和功率单元串联式逆变器的输出电压谐波进行了详细的仿真分析，分别给出了逆变电路在不安装其它滤波环节和安装滤波装置情况下的输出电流波形和谐波频谱，并且将输出电压谐波、总谐波畸变率与IEEE-519进行了比较分析。
通过搭建模型，进行Matlab仿真分析，并且与IEEE-519谐波抑制标准进行比较，分别指出了几种典型变频器的谐波特点，为工程应用变频技术方案的选择提供了重要的参考依据。
关键词：变频器；多重化整流；PWM整流；谐波分析；MATLAB仿真
I
XX大学毕业设计（论文）
ABSTRACT
Voltage converter topologies are summarized in the paper, and then the paper has analyzed the structure, working and characteristics of various topologies. Taking the multi-pulse rectifier technology and Three-level PWM rectifier as study object, the harmonic suppression technology of power converter input，which is also known as the rectifier circuit，are proposed，and have analyzed the net-side current harmonics thoroughly; the comparison between harmonics of voltage converters and IEEE-519 standard are made. Several kinds of converter output topologies are also presented，including transformer-coupled output，power multi-level cell series，Neutral-Point Clamped (NPC)three level inverter, IGBT in direct series high voltage inverter and multiple structures，and have some detailed analysis about the inverter output harmonic，and also provided harmonic content of NPC and power multi-level cell series circuits with and without other filter. And the output voltage harmonics，total harmonic distortion and the IEEE-519 were compared.
In this paper，the comparison between harmonics of voltage converters and IEEE-519 standard are made by building models of Matlab simulation. The harmonic features of several typical converters were showed，which will provide an important reference to choose high power variable-frequency technology plan in the project application.
Keywords：Converters；Multi-pulse rectifier；PWM rectifier；Harmonic analysis；
II
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目录
摘要................................................................ I ABSTRACT........................................................... II 第一章 绪论........................................................ 5
1.1 变频器简介 .................................................. 5 1.2 变频器产生的历史背景 ........................................ 6 1.3 变频器的特点 ................................................ 7 1.4 变频器的分类 ................................................ 8 1.5 本论文设计的主要工作 ........................................ 8 第二章 谐波和谐波分析............................................. 10
2.1 谐波的基本概念 ............................................. 10
2.1.1 谐波问题的研究现状与发展.............................. 10 2.1.2 变频器谐波的概念...................................... 11 2.2 谐波分析 ................................................... 11
2.2.1 谐波的危害............................................ 11 2.2.2 抑制谐波的思路和对策.................................. 12 2.3 谐波抑制标准 ............................................... 12
2.3.1 IEC1000-3-2 简介...................................... 13 2.3.2 IEC1000-3-4 简介...................................... 13 2.3.3 IEEE-519 简介......................................... 15
第三章 变频器谐波对电网和电动机的影响............. 错误！未定义书签。
3.1 变频器对电网的影响 ......................... 错误！未定义书签。
3.1.1 变频器输入谐波对电网的影响............ 错误！未定义书签。 3.1.2 变频器输入侧谐波抑制方法.............. 错误！未定义书签。 3.2 变频器对电动机及驱动负载的影响 ............. 错误！未定义书签。
3.2.1 输出谐波对电动机性能的影响............ 错误！未定义书签。 3.3 MATLAB简介................................. 错误！未定义书签。
3.3.1 MATLAB产生的历史背景 ................. 错误！未定义书签。
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XX大学毕业设计（论文）
3.3.2 MATLAB语言特点 ....................... 错误！未定义书签。 3.3.3 SIMULINK简介 ......................... 错误！未定义书签。
第四章 变频器整流侧输入谐波分析................... 错误！未定义书签。
4.1 多脉动整流输入谐波分析 ..................... 错误！未定义书签。 4.2 多脉动整流抑制输入谐波的基本原理 ........... 错误！未定义书签。 4.3 输入谐波分析 ............................... 错误！未定义书签。
4.3.1 6脉动整流电路产生的谐波电流 .......... 错误！未定义书签。 4.3.2 多脉动整流产生的谐波电流.............. 错误！未定义书签。 4.3.3 多脉动整流输入谐波分析................ 错误！未定义书签。 4.4 三电平PWM整流器输入谐波分析 ............... 错误！未定义书签。
4.4.1 三电平整流器的工作原理及谐波抑制原理.. 错误！未定义书签。 4.4.2 三电平PWM整流器输入电流Matlab仿真... 错误！未定义书签。
第五章 变频器逆变侧输出谐波分析................... 错误！未定义书签。
5.1二极管箝位型三电平逆变器(NPC)输出电压谐波... 错误！未定义书签。
5.1.1 正弦脉宽调制法........................ 错误！未定义书签。 5.1.2 三电平逆变器的SPWM控制............... 错误！未定义书签。 5.1.3 二极管箝位型三电平逆变器SPWM控制下输出电压仿真分析错误！未定义书签。
5.1.4 三电平逆变器的SVPWM控制及其输出谐波仿真错误！未定义书签。 5.2功率单元串联式多电平逆变器输出谐波分析...... 错误！未定义书签。
5.2.1 功率单元串联式多电平逆变器谐波抑制.... 错误！未定义书签。 5.2.2 功率单元串联式多电平逆变器输出波形仿真 错误！未定义书签。
结论............................................... 错误！未定义书签。 参考文献........................................... 错误！未定义书签。 致谢............................................... 错误！未定义书签。
IV
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第一章 绪论
电力电子技术自20世纪50年代诞生以来，经过半个多世纪的飞速发展，至今以被应用于需要电能变换的各个领域。人们希望电力电子装置能够处理越来越高的电压等级和容量等级。另外，为了满足输出电压谐波含量的要求，又希望这些大功率电力电子装置能工作在高开关频率下，并且尽量减小电磁干扰问题。
电力电子器件是电力电子装置的核心。近些年来，各种新型功率器件，如IGCT、IGET、ETO等纷纷出现，许多变频器公司生产了不同拓扑结构的变频器，它们都在一定程度上解决了高压、大功率的问题，但价格不一，且都具有各自的优缺点。
在选择变频器时，最根本的技术指标有两个:①变频器是否可以耐受高电压或大电流、高功率;②变频器整流侧、逆变侧的总谐波畸变率要低，且各次谐波含量要尽可能少。其中耐高电压或大电流等要求，主要目的是为了适合高功率的应用场合;而输入输出谐波畸变率要低等要求，是为了减小谐波对电网和电机及其负载的负面影响。为了达到这两个目标，各国学者不断为变频器推出新的拓扑，新的调制方法。
1.1 变频器简介
变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置，能实现对交流异步电机的软起动、变频调速、提高运转精度、改变功率因素、过流/过压/过载保护等功能。
目前，变频器已经广泛应用到纺织、煤矿、油田、化工、电厂和机床等各种使用到电机的行业。并以其软启动，节能，无级变速和自动化控制等优点变频器使用越来越广泛。
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