79 相控整流器工作在不平衡输入电压下的问题及解决方法 (国外电力电子技术)

79 相控整流器工作在不平衡输入电压下的问题及解决方法 (国外电力电子技术) 【整瘾器，橱拉琉，气入掘。 相控整流器工作在?平衡输入电压下的问题及解决方法管三六幸）了牛摘要静止电?变流器由于本身的非线性，会向交流电网注入谐波。 在电网换相整流器中，此问题最为明显。 而当交流电源?平衡时，它就变得?加严重。 为了抑制输入电流的特定次谐波，在减少电网电流的谐波畸变方面作用?大，这主要是由于出现了明显的三次谐波。 专为三次谐波而设计滤波器是?经济的。 使用其他一些方法也能够消除三次序列谐波。 本文分析了输入电压?平衡对整流器输入电流和滤波器额定值的影响，同时也探讨了电压?平衡对整流器输出电压的影响，最后，它提出了一个消除输入电流谐波中三次序列谐波的特别有效的解决办法。 前言可控晶闸管整流器象其他静止变流器一样，当连接到交流电?系统中时，相当于一个非线性负载。 因此，它所产生的谐波电流最终将进入交流电?系统。 此外，这些谐波频率的电流在电源电感两端产生附加尺工的电压降，其结果又加重了电源系统电压波形的畸变。 在消除和减小谐波的各种方法之中，正确地设计输入滤波器可明显减小整流器输入电网电流的主要谐波。 交流谐波滤波器有两个用途即减少交流电网电疑卒）流的谐波分?和提供变流器工作时所需的部分无功功率。 谐波波器可以是?联高阻抗型，也可以是分激图并联输入滤波调谐蓟五次谐波阻抗型。 在预期的高谐波含?情况下，两者都是可）电?）阻抗与频率的关系曲线取的。 然而，分激输入滤波器通常比?联输入滤波器具有如下优点，因而?可取较低的额定值和阻抗有能?提供无功功率。 选定分激输入滤波器的调谐，所计算出该滤波器的电容、乜感和电阻的最终数值为；是在平衡供电时，针对最低序次的电流谐波分?（即次）。 滤波叠设计举仞为了设计所推荐的“最低成本”的滤波器，使用了由所推荐的方程式，这个滤波器的结构在所设计的滤波器连接到整流器后，完整的滤波及其特性示于图。 电?连同电源和整流器一起示于图。 电源电流和谐这个滤波器的设计是根据附录（略）中所提供的波频谱示于图。 五次谐波从电源电流中消除，流过该方程和下列电源电?的技术要求滤波电?元件的电流及其谐波频谱示于图输入线电压总的整流器输入表观功率电源频率，所得基本数值为相电压疆；下视在功率电流图完整的三相整流器电?图在平衡电压下被滤波的电源电漶）波形）谐波频谱?口）图滤波器入电滤）波形）谐波频谱输入电压?平衡设电源相电压为，和，那么其相应的零、正、负序电压可写为（）（）（?、（）（。 ?）（）式中，?为输入相电压的方均根值（算子）。 在欧溯的标准中，正序与负序的比值被定义为电压?平衡因数，并且，在本文中作为?平衡程度的一个指标而使用。 用百分数来表示为表示出了多种可能组合的相电压的一些典型值表在给定的?平衡因数下的相电压在?同的工作条件下，滤波器额定值滤波器总的值可由下式求得。 （）常数是电容器单位成本与电感器单位成本的价格比（是数且假设为）。 电感器（）和电容器（）可由下式求得?，?（）。 （）式中为相电压为输入线电流在下列条件下，计算滤波器额定功率）输入电压平衡和?同程度的?平衡，另外，评估了相控角的影响。 ）负载阻抗恒定和负载电流恒定，?考虑?平街的类型与程度。 ）对于所建议的控制方案，为了消除?平衡的影响，这一程序是重复的而推荐方法这个方法就是强制的门极信号，因而导通周期等于输入电压平衡时的正常周期（即三相桥式整流器为。 ）。 在上述头两种情况下，滤波器结构的额定值（）列于表和表。 表负载阻抗恒定时的滤波署值负载，且衰负载电流恒定时的滤波器值由此可以看出，在电源平衡时，滤波器额定值最小，并等于，它随?平衡程度的增加而增加，正如所预计的那样，进一步的计算表明，它并?随用来控制变流器输出电压的延迟角的改变而变化。 在负载电流?变的情况下，随着电源?平衡程度的改变，电感器的（）值保持为常数，这是由于整流器负载电流保持?变，因而就保持了整流器以及滤波器的电流也?变。 它等同于输入电压平衡时的。 控嗣方寮根据目前对谐波发生器的限制，与早期的装置上的比较，要求在晶闸管触发时序控制方面?加稳定和精确。 如果?用单个晶闸管触发角控制方式，则能够大大减少三次序列谐波的产生（由于触发控制电?的误差，可能仍然存在很少?的谐波）。 本文采用的这种控制方法，其目的是为了减少输入电压的?平衡对变流器所吸取的线电流之影响。 通过强制使晶闸管导通间隔相等并均匀分布来实现，而?用考虑输入电压的?平衡程度。 反过来，这也强制电网电流的脉冲宽度相等，并且均匀分布，由此而消除了三次序列谐波分?。 另外，如果触发方式是基于这样一个原?，即通过对三个适当的输入电压检测，以单个臂为单元触发晶闸管，则这些分?在?平衡状态下仍将存在。 图所示的使用微控制器的电?，对于这种方案的实施很合适。 线电压的过零在变流器的输入端（在分激输入滤波器之后）直接检测。 为了减少由于换相重叠角和电压信号中的噪声所产生的畸变的影响，将该信号送至带通滤波器，带通滤波器的中心频率设定在电源频率。 因此，该微控制器与线电压图所介绍控制方案的框图同步。 所产生的门极信号对于检相测到电压过零的时刻滞后。 ，并且，对于相信号在和（。 ）的区间产生（图）。 对于相和相门极信号的产生则完全与其各自的线电压的过零点无关。 相和相的门极信号分别在与相门极信号相差。 和。 处得到。 因此，?象在工业上所使用标准模拟控制器那样，逐一去检测三个线电压。 所推荐的控制器仅仅与一个线电压同步，并强迫使各晶闸管通相等的电流图控制器所涮得的过零电匿）线电压）整流器输入电流（相位）整流器输入电流（相位）图在?平衡电源下用所推荐的控制器整流器电祸电流（）和相电压（）电源电流波形）电源电流的谐波频谱图所示相位的整流器电源电流波形证明。 由于晶闸管导通时间相等，电源电流?含有任何三次序列谐波。 这是在的?平衡电压下所获得的。 如所期望的那样，所得滤波器额定值得以减小，并且与平衡电源情况下的值相等。 如表所示。 表使用所推荐的控制方案滤波器位然而，这种触发方式能消除减小在变流器输出中存在的非特征谐波。 相反，开关导通值的控制增加了输出电压的失真。 该控嗣方案的瞬态特性在交流电网的瞬态条件下，该控制方法当调整到新的工作状态时，可能呈现较长的延迟。 虽然，通常的触发方式检测三个线电压，并以每个相位为基础工作，但现在这个控制方法仅对指定的一个基准相位的交流输入，每周波仅接受一次同步信号，因此，如果在检测过零之后瞬态过程存在，那么，其他两个相位的触发脉冲就可能出错。 最大延迟时间为一个交流周波的周期。 控方法的特性数输入功率因数整流器的功率因数（）表示整流器在公共连接点（）处从公共电网吸收“有用功率”的效率。 二极管整流器在公共连接点（）上从公共电网吸收“有用功率”。 二极管整流器工作时具有良好的功率因数。 但是，在晶闸管整流器的场合，为了控制输出电压，往往增加延迟角，于是功率因数减小，而且功率因数特性?好，整流器输入功率因数可以表示为。 （芸）?（，（）式中?输入电流畸变数基波功率因数或位移因数整流器基波输入电流的方均根值整流器输入电流的方均根值相相电压的方均根值裹整流器功率因数（带滤波器）表列出在平衡和?平衡输入电压二种情况下，带和?带滤波器时二极管整流器的输入功率因数。 为简单起见，这?示出仍是线电流畸变最大那一相的功率因数。 对于所推荐的控制方法，也计算了在典型的电源?平衡状态下的输入功率因数，并在表中给出，以供比较之用。 这个功率因数值是在完成设计输入滤波器的过程中计算的。 应当注意的是，在完成这个滤波器的过程中，功率因数值是在交流电网的公共连接点（）而?是在整流器输入端计算的，由于了次谐波的出现，在这点上的输入功率因数较低。 ?没有输入滤波器，在点和在整流器输入端的功率因数值相等。 应当注意的是，在只有整流器时，最好的功昔因数值为，而当增设了滤波器后，率因数值增加到。 原因是滤波器提供了一部分由整流器吸收的无功功率。 从表可明显看出尽管有的电压?平衡，但使用这个控制方法的功率因数值与在平衡电源条件下的相同。 这是因为消除了三次序列谐波和使用了所推荐的控制方法（）后必然功率因数较高。 贞载电压的脉动因数工作在平衡输入电压状态下的三相全控桥式整流器的输出电压，由一个直流分?和六倍基频的纹波组成，出于有规则的对称，负载电压含有最低为六次的偶次谐波，然而，?输入电压变得?平衡，。 脉波已?再彼此相似，脉冲的高或低的幅值取决于?平衡的程度。 最低次谐波变为二次谐波。 在。 延迟角和典型的电源?平衡状态下，晶闸管整流器的负载电压千谐波频谱示于图。 用所介绍的方法，强迫均匀。 生图在?平衡（延迟角。 ）状态下采用推荐的控翻器整流器输出电压）波形）谐波频谱导通，晶闸管引起负载电压变得?加严重畸变。 负载电压包含了几乎全部偶次谐波。 在典型的电压?平衡和。 延迟角情况下；使用所推荐的控制方案时的负载电压和相应的谐波频谱示于图。 为了测?负载电压的脉动含?，计算了晶闸管整流器对于使用和?使用该控方案时，在平衡和相似的?平衡输入电压情况下脉动因数（）。 脉动因数按下式计算。 （）中负载电压的方均根值为直流负载电压。 脉动因数的计算值示于表，表表明用推荐的方法的功率因数值与典型的晶闸管整流器的比较几乎增加了。 一一一实验结果为了验证所推荐的这种触发控制方法的效能，建造了一套实验装置，针对这个应用专门制造了微机控制三相晶闸管变流器。 由实验得出虽然所推荐的控制方法?应能完全消除三次序列谐波，但仍有少?的谐波存在。 其原因张卑是，实际上，少?的脉动总是在整流器负载电流中存）在，这些电流谐波“反射”到输入电流引起了三次序歹电流谐波。 在这个实验结果中观察勐。 由予这个调谐圈在?平街电曩（延迟角；。 ）时整流嚣输出电压滤波器的元件?想，存在少?的五次谐波。 这）波形）谐波频谱从观察到的负载电压谐波频谱可看到。 其脉动含?远比在电源平衡时工作的整流器的要高。 囊负载电压的脉动因颤参考文献篇略。 ?大伟译自（，一，周现允校夺争夺寺一争一一一争一寺一争争寺?寺?啼?寺?寺寺一寺寺一寺寺?寺一寺一寺一寺寺?寺争