
三相整流电路网侧谐波分析报告.docx
9页有用标准文档LC 滤波的三相桥式整流电路网侧谐波分析裴云庆 姜桂宾 王兆安 2023-02-20 17:06:19 西安交通大学〔西安 710049〕Analyze of line harmonic current of three phase rectifier with LC filterAbstract: For the 3 phase capacitive rectifier, which was widely used in the power electronics equipment, LC filter in DC is an effective structure to improve the power factor and reduce the input harmonic current. A theory equation was derived in this paper, which show the relationship between the input characteristics and the circuit parameter. It was proved by the simulation and the experiment.Key words: 3 phase rectifier harmonic power factor1 概 述随着电力电子技术的飞速进展,其应用已经深入到电力、冶金、化工、通讯、铁路电气以及家电等各个领域,在电力电子装置中,整流器作为装置与电网的接口占有相当大的比重,承受电容滤波、二极管构成的三相不行控整流电路随着变频器、开关电源及UPS 等装置的广泛应用,其所占比例越来越高。
同时这种整流电路对电网的不利影响,如输入电流谐波等,也受到了广泛的重视虽然目前可以承受PFC 装置、有源滤波器等方案解决其带来的各种不利影响,但承受接入电抗器仍为最为简洁和常用的一种提高功率因数、抑制谐波的方法目前对承受电抗器改善整流器输入谐涉及功率因数的分析主要承受计算机仿真,文献[1]~[3]对 不同构造的整流器进展了分析,得出了一些有价值的数据及图表,但承受仿真的方法难以建立各项指标与电路参数间的理论公式文献[4]提出了承受整流器开关函数、基于频域的分 析方法,对同时含有直流侧及沟通侧滤波元件的状况得到了很好求解公式,但公式形式格外简洁,很难被读者所使用由于在整流电路的直流侧或沟通侧接入电抗器均可以起到改善整流器输入谐涉及功率因数的作用,而在直流侧接入电抗器效果更为明显本文将对直流侧承受LC 滤波的三相桥式不行控整流电路网侧特性与滤波器参数的关系进展分析在确定程度近似的根底上获得了各项输入指标与滤波参数的计算公式,仿真及试验说明,公式具有较高的精度2 理论分析承受 LC 滤波的三相桥式不行控整流电路的等效构造如图1 所示其中R 为直流侧负载等效电阻本文将在以下条件下对电路特性进展分析:图 1 承受LC 滤波的三相不行控整流电路1) 三相电源为对称正弦。
2) 无视三相进线阻抗及二极管压降3) 滤波电容C 对 6 次及以上频率谐波的阻抗远小于R在通常状况下,上述假设条件对于整流器都是可以满足的下面将对直流侧电压、电流及沟通侧电流进展分别争论2.1 直流侧电压及电流分析在假设条件 2 状况下,即不考虑换相重叠角时,及直流电流连续状况下,不行控整流电路输出的直流电压波形ud 如图 2 所示,承受傅立叶级数形式可表示为:(1)其中 U2l 为沟通侧线电压有效值直流侧电流id 可承受直流电压表达式与LCR 电路的阻抗计算获得:式中 Zn 为LCR 电路的n 次谐波阻抗,考虑假设条件3 时,Zn 仅与LC 的阻抗相关,即Zn=j(XLn-XCn),则:(2)图 2 直流侧电压及电流波形由式(1)、(2)可以看出整流电压ud 中的谐波电压Un 随着频率的增加而快速减小,而滤波电路的阻抗Zn 快速增加,因而id 中的主要谐波成份为 6 次谐波,12 次谐波仅为 6 次谐波的12%以下,18 次谐波仅为 6 次谐波的 3.6%因此 12 次及以上的谐波重量可以无视,同时令,这样式(2)可简化为:由此可得电感电流峰值为:(3)电容电流有效值为:(4)由直流侧电流最小值为零可确定直流侧电流连续条件为:(5)式(3)~(5)可分别用于直流侧滤波电感及电容的设计。
图 3 沟通侧电压及电流波形2.2 沟通侧电流波形分析承受 LC 滤波的三相桥式不行控整流电路沟通输入电压及电流波形如图3 所示依据直流侧电流波形及二极管整流桥的导通规律可得沟通电流波形,由于电流波形正负半波对称,式(6)仅给出了半周期内电流的表达式:(6)由直流电流波形可直接获得沟通电流有效值为:(7)为获得沟通电流的各次谐波含量,可对式(6)进展傅立叶分解:式中 ,将 i2 表达式带入并考虑沟通电流中仅含奇次谐波的特点可化简得:(8)(9)由式(8)(9)可以看出系数an 仅与X6 有关,bn 仅与R 有关,所以an 是由直流电流纹波引起的基波无功重量及谐波重量,而bn 是由直流平均电流引起的基波有功重量及谐波重量表 1 列出了依据式(8)(9)计算的基波、5 次及 7 次谐波计算公式由此可以依据式(10)~(12)获得整流器的功率因数、基波因数及电流畸变率表 1 沟通侧电流频谱重量nan1570.0146-0.04640.0392bn1.49-0.298-0.213(10)(11)(12)图 4 绘出了整流电路功率因数、电流畸变率以及5 次、7 次谐波与X6/R 的关系图 4 整流电路输入指标与电路参数的关系3 仿真与试验:为验证所获得结果的正确性,分别承受计算机仿真及试验对承受LC 滤波的三相整流器输入电流谐波进展了分析和比照。
分析对象为输出功率为15kW 的开关电源考虑开关电源的损耗,电路模型参数为:输入电源线电压U2l=380V,直流侧滤波电感 1=0.86mH,滤波电容C=4700uF,等效负载电阻R=15.5Ω因此X6=1.51Ω表 2 列出了在该参数条件下的计算、仿真及试验结果计算机仿真承受了作者研制的电力电子系统仿真软件PECS,试验结果承受FLUKE F43 电能质量记录表 2 理论计算、计算机仿真及试验结果比照输入指标计算仿真试验功率因数0.8840.8790.90THD51.7%52.5%44.2%基波25.9A25.9A25.5A5 次谐波/基波37.4%39.7%38.4%7 次谐波/基波30.3%29.5%19.3%11 次谐波/基波9.9%8.9%8.1%13 次谐波/基波8.2%9.6%7.7%由上述结果可以看出,理论分析与仿真结果及文献[1]~[4]相吻合,具有较高的精度试验 结果也与理论分析根本全都,由于实际电路中沟通电源侧存在阻抗,使两者之间存在确定误差4 结 论本文针对承受LC 滤波的三相桥式整流电路网侧各项指标的分析方法进展了争论,在确定程度近似的根底上获得了功率因数、各次谐波、THD 等指标的计算方法,简洁明白地描述了其与滤波参数间的关系,使用便利。
将该分析方法用于大功率开关电源等电力电子装置输入电路设计,取得了良好的效果参考文献:[1] J.S.C.Htsui and W.Shephered,”Method of digital computation of thyristor switching circuits,” Proc. IEE, vol. 118, no. 8, pp. 993-998, Aug. 1971.[2] A. W. Kelley and W. F. Yadusky, “Rectifier for minimum line-current harmonics and maximum power factor,” IEEE Trans. Power Electron., vol. PE-7, no. 2, pp. 332-341, Apr. 1992[3] Conway, G.A.; Jones, K.I., “Harmonic currents produced by variable speed drives with uncontrolled rectifier inputs,” Three Phase LV Industrial Supplies: Harmonic Pollution and Recent Developments in Remedies, IEE Colloquium on ,1993,(s): 4/1 -4/5[4] Masaaki Sakui, Hiroshi Fujita, “An analyticial method for Calculating Harmonic Currents of a Three-Phase Diode-Bridge Rectifier with dc Filter,” IEEE Trans. Power Electron., vol.9, No.6, Nov.,1994 :// chinaoptic .cn/mech_article/2/2023-09/1295023408.shtml。












