晶闸管整流装置中谐波的产生与治理

来源:用户上传      作者: 顾剑波 关 明 李 青

　　 [摘要]晶闸管整流装置在运行时要产生高次谐波,该高次谐波会反馈到电网,使电网质量下降,影响与该装置并联在同一电网的其它负载的正常工作。现就如何抑制这些高次谐波提供了一些方法,供大家参考。
　　[关键词]晶闸管 整流装置 抑制 高次谐
　　
　　一、前言
　　晶闸管整流装置的大量应用,以及装置容易日益增大,对各种生产部门的装备现代化,对提高设备的技术性能,经济指标,生产效率等,有着重大作用,但是晶闸管装置的电流中往往含有高次谐波电流,它流经电网时会造成电网电压波形畸变;影响电流及与之并联连接的负载。所以,必须要对这类电力公害采取措施,把它抑制在容许范围内。为此本文着重就影响大的变流装置的非线性特性引起的谐波电流以及引起的供电电压波形畸变等问题进行了剖析。
　　二、谐波的产生
　　变流装置是电网的主要非正弦受电设备,它从交流电力系统取用的电流是非正弦的。将其电流波形按傅氏级数可分解为基波与一系列不同频率和振幅的谐波。
　　1.单相半波整流
　　输出电压的傅氏级数表示:
　　由上式可知Ud是整流电压的平均值。而第n次谐波电压的有效值:
　　负载上整流电压有效值:
　　所以谐波分量的有效值:
　　此式表明只要测出了负载直流电压有效值U和负载电压平均值Ud,就可以确定谐波电压有效值,从而能确定变流装置里接入点的谐波指标是否超标,以便采取相应的抑制措施。
　　2.单项桥式整流
　　对于电动机负载,为保证电流连续,往往在直流侧接有平波电抗器Ld,所以负载输出电压:
　　电压平均值Ud为(即上式的第一项):
　　上式表明,其基波频率是交流电源频率的两倍,也就是说输出电压的所有谐波必须是2的倍数,n=2k,k为整数。
　　谐波分量的有效值:
　　α=0°时:
　　与半波整流电路相比:
　　其谐波幅值下降了21%,说明整流相数越多,接入点出现同频率的谐波幅值越低。
　　3.多相整流电路
　　由于电压波形对称于纵轴,故只有余弦函数才符合要求,正弦函数不再存在,故:
　　其中系数:
　　由上分析可知,随着整流相数m的增加,使得谐波中最低次谐波的频率增加,但其幅值迅速减小。
　　三、抑制谐波危害的办法
　　1.附加高次谐波吸收装置
　　晶闸管变流设备加设高次谐波吸收装置,如谐振滤波器。谐振滤波器接在输电线上或电子设备的输入或输出端,利用LC电路谐振特性能抑制晶闸装置产生的谐波干扰,减小谐波电流。
　　2.增加整流相数
　　一个改进变流装置电流波形的方法是增加变流装置的脉动数,如对大容量整流装置可利用两组桥并联整流,两组桥的交流侧分别接到三绕组变压器的两组次级绕组上。
　　3.可减小相位控制角A
　　例如电解等大功率设备在比较长时期内以一定的低电压工作,可将变压器接到低压抽头,根据输出直流电压U d= 2.34U2cosA可知,变压器副边电压U2低,则cosA就应大,相位控制角A就可小一些,使输出电压波形接近正弦,减小了谐波分量。
　　4.有源电力滤波器
　　有源电力滤波器(APF)实质上是一种大功率波形发生器,它把谐波经过采样、180°移相后,再完整的复制出来,到谐波源的入网点。复制的谐波与原谐波幅值相等,方向相反,并跟随原谐波的变化而变化,因此,原谐波就被抵消了。
　　四、结论
　　晶闸管整流的应用使交流传动上了一个新台阶,但晶闸管整流谐波干扰的严重性也给设备稳定可靠运行带来潜在威胁,如何才能最大限度的抑制晶闸管整流谐波产生仍是摆在现今电气技术工作者面前有待解决的课题。
　　
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