大容量变流设备谐波的产生和一种计算方法.docVIP

大容量变流设备谐波的产生和一种谐波计算方法 理想的供电系统中，流过的电流与施加的电压成正比，电流和电压都是正弦波。在实际的供电系统中，由于有非线性负荷的存在，当电流流过与所加电压不呈线性关系的负荷时，周期性非正弦波形分解为一个基频正弦波加上许多谐波频率的正弦波。 基波和各次谐波的有效值分别为和，谐波含量。 功率因数为。其中ν称为基波因数， cosφ1称为位移因数（或基波功率因数），显然，功率因数是由基波电流相移和电流波形的畸变两个因数决定的。 2. 多相桥式整流电路 以六相12脉波桥式整流为例进行分析，六相12脉波桥式整流电路由两个三相桥式整流电路并联组成，见图2，其中整流变压器联结组为D y0d11，三个绕组匝比依次为1:1:√3。 对两个三相全桥整流电路分别进行分析。桥I的阀侧线电流与其感应的网侧线电流相同，即 。 桥II阀侧线电压比桥I朝前30?，再根据变压器Yd11一次测和二次侧的相位关系可得出桥II网侧线电流为 。 桥I和桥II合成后网侧线电流为 功率因数为。 由三相桥式和6相桥式整流分析可知，三相6脉波桥式整流仅含6k±1次谐波，6相十二脉波桥式整流仅含12k±1次谐波。类似地，以m个相位相差π/3m的整流变压器分别供电的m个三相全桥整流电路可构成6m相整流电路，其网侧电流仅含6mk±1次谐波，各次谐波的有效值与其次数成反比，而与基波有效值的比值是谐波次数的倒数。其位移因数均为cosα，而基波因数随相数的提高而提高，18脉波整流电路基波因数为0.9949，24脉波整流电路基波因数为0.9971。 计及换相过程，忽略直流侧电流脉动时的情况 交流侧的电抗不为0，仍假定直流侧电感无穷大，直流电流为理想恒定值。以三相全桥整流电路为例进行分析，见图3。 换相过程满足下列方程组： ，式中为相电压最大值，为相电压有效值。 求解方程组可得 ，式中为交流侧电抗，。 同时，可求出直流电流，式中 为换相重叠角。 考虑到三相桥式电路最大输出平均电压和交流侧电抗引起的直流侧压降分别为，，由此可得。 根据以上的分析，的正半周期的数学表达式如下。 ； 对上式进行傅立叶分解，得出基波、各次谐波的有效值表达式如下： ； 。 当γ较小时，近似有，则各次谐波电流含量约为 。 根据以上的分析，若不考虑变流器换相时的叠弧角γ，则第n次特征谐波电流的理论幅值是基波电流的1/n倍。由于换相时叠弧角γ的存在，第n次特征谐波电流的幅值都要小于基波电流的1/n倍，并且，叠弧角γ也愈大，各次特征谐波电流的幅值将愈小。 计及直流侧电流脉动时的情况 计及直流侧电流脉动，即直流电感量为有限值，此时，直流电流不能看成理想的恒定值，引入电流纹波比来表征直流侧电流的波动。IEEE519-1992建议采用Graham-Schonholzer法分 析，误差较小，本文不详细的介绍。 计算实例 某轨道交通工程由一路10kV电源供电，10kV三相交流电经整流机组变流为直流1500V电源，送至供电轨。列车通过其受电靴从直流1500V供电轨受电后，采用调压变频控制技术（VVVF），由列车的逆变器将直流电逆变，为列车上的直线电机提供三相交流电，通过直线电机驱动列车运行，主回路如图4。 整流变压器：2台，型号ZQSC9-1250kVA 。整流变压器的网侧绕组采用延长三角形接线，联结组分别为Dd0y5(网侧移相+7.5?)和Dd2y7(网侧移相-7.5°)，变比10/1.2kV，阻抗电压8%。 整流器：2台，型号ZQA-750A/1540V-2P。每台整流器由两个三相桥式整流电路并联组成12脉波整流，额定输出直流电压1540V，额定输出直流电流750A。自然换相α=0?。 整流变压器的两组三相低压绕组相位差为30?，引入整流器，一台整流变压器和整流器组成一组12脉波整流机组。两组12脉波整流机组（整流变压器-整流器）并联构成24脉波整流。由此可知， 24脉波整流实质是由四组三相相角差为30?的全桥整流电路并联构成，分析其中一组全桥接线。计算如下： 变压器等效电抗 (1) 空载直流电压 (2) 每组整流桥输出功率 (3) 直流侧压降 (4) 由和可求出： (5) 根据输出功率Pd，由式(1)、(2)、(3)、(4)、(5)分别求出γ、Ud、Id、I和三相全桥整流桥交流侧（整流变压器二次侧）的第n次谐波电流In，汇总后见下表。 每组整流桥输出功率Pd（kW） 0.2500 0.3750 0.5000 换相重叠角γ 0.1842 0.2262 0.2620 直流电压Ud（kV） 1.6063 1.5994 1.5924 直流电流Id（kA） 0.1556 0.2345 0.31