《使用matlab的fft分析六脉动整流的谐波》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（29页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、matlab 谐波分析总结一 基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。：算出 THD%二 算法及验证1： Sine 叠加输出sine.mdl 文件 其中含 4 个 Sine Wave，其参数如下表所示。Sinewave Amplitudeb
2、ias Frequency(rad/sec)Phase(rad) Sample Time1 2 0.7 2*pi*50 0 -12 0.5 0 2*pi*50*5 Pi/180*90 -13 1 0 2*pi*50*9 pi/180*45 -14 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
3、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。实际进行FFT分析时
4、，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=%dn,N);y =ScopeData.signals.values ; %读取workspce数据
5、,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 );grid on;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 );grid on;figu
6、re(2);subplot(2,1,1);z=fft(y(pn:pn+N-1),N);mag=abs(z)/N*2; %/N*2还原为真实的幅值mag(1)=mag(1)/2;% 直流幅值要再除以2f=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grid on;xlabel(频率 /倍);ylabel(幅值 );title(FFT分析 结果 );fprintf
7、(fid,直流分量=%8.4gn,mag(1);fprintf(fid,基波峰值=%8.4gn,mag(2);%求THDuUhf=0;for i=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);endUhf =Uhf+(mag(i)2;endUhf=sqrt(Uhf);THDu=Uhf*100/mag(2);%比上基波 乘以100% fprintf(fid,
8、总谐波畸变率THD=%6.3fn,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for i=1:size(mag)-1if(mag(i)/mag(2)kh) %小于值的设定与最大值必须相关 与mag(1)相关最佳，但怕mag(i)=0theta(i)=0;endend bar(f(1:fp),theta(1:fp);%频谱 直方图bar 火柴杆 stemgrid on;xlabel(频率 /倍);ylab
9、el(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，从开始，步长为 /50/N 秒（3）参数 wq=7。从第 7 个周期开始去 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。（
10、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。：运行结果 Output.txt4：运行结果验证 5：结论程序正确，输出灵活三 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，fundamental sample time 为 1
11、/50/2048，3 个电源的 sample time 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 2201 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 18.9THD 30.748 30.748 30.7465 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%
12、 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。1k理论上网侧电流傅立叶级数展开为 .19sin7si13sin1si7sin15siin32 tttttttIidA 1.103*Id ?3 增加滤
13、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 0.002012基波峰值 565.7 571.7 592.5THD 32.195 56.366 117.5125 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%1
14、3 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、20000uF45V 50000uF30V 150000 uF 10V。当 150000 uF 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，必须取后面比较稳定的波。在暂态过
15、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 12 改变负载电阻0.2 1直流分量 156.4 31.4基波峰值 246.2 49.44THD 43.968 43.9682 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 51.55 104.4THD 43.968 48.200 106.7632 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
