整流设备谐波研究 大学论文.doc

1绪 论 1.1本论文的背景和意义 1.1.1 背景 电力系统的谐波问题早在20世纪20年代和30年代就引起了人们的注意。当时在德国，由于使用静止汞弧变流器而造成了电压电流、波形的畸变。1945年J.C.Read发表有关变流器谐波的论文是早期有关谐波研究的经典论文。 到了50年代和60年代，由于高压直流输电技术的发展，发飙了有关变流器引起电力系统稀薄谐波问题的大量论文。E.W.Kimbark在其著作中对此进行了总结。70年代以来，由于电力电子技术的飞速发展，各种电力电子装置在电力系统、工业、交通及家庭中的应用日益广泛，谐波所造成的危害也日趋严重。世界各国都对谐波问题予以充分的关注。国际上召开了多次有关谐波问题的学术会议，不少国家和国际学术组织都制定了限制电力系统谐波和用电设备谐波的标准和规定。 近30年来，电力电子装置的应用日益广泛，也使得电力电子装置成为最大的谐波源。在各种电力电子装置中，整流装置所占的比例最大。目前常用的以三相桥式和单相桥式整流电路为最多使其成为最严重的谐波污染源。 1.1.2 意义 整流设备谐波研究的意义，主要是因为谐波的危害十分严重: （1）谐波是电能生产、传输和利用的效率降低， （2）使电气设备过热、产生振动和噪声，并使绝缘老化，使用寿命缩短，甚至发生故障或烧毁。 （3）谐波可引起电力系统局部并联谐振或串联谐振，使谐波含量放大，造成电容器等设备烧毁。 （4）谐波还会引起继电保护和自动装置误动作，使电能计量出现混乱。对于电力系统外部，谐波对通信设备和电子设备会产生严重干扰。 总之，电力电子技术是21世纪最重要的技术之一，电力电子装置所产生的谐波污染已成为阻碍电力电子技术发展的重大障碍。同时，对谐波污染的治理也已成为电工科学技术界所必须解决的问题[1]。 1.2 本论文的主要方法和研究进展 1.2.1三相桥式全控整流电路的工作原理 三相全控整流电路主电路如图1-1所示： 图1-1 三相桥式全控整流电路电路原理图 将其中阴极连接在一起的3个晶闸管（VT1、VT3、 VT5）称为共阴极组；阳极连接在一起的3个晶闸管（VT4、VT6、VT2）称为共阳极组。此外，习惯上希望晶闸管按从1至6的顺序导通，为此将晶闸管按图示的顺序编号，即共阴极组中与a、b、c三相电源相接的3个晶闸管分别为VT1、VT3、VT5， 共阳极组中与a、b、c三相电源相接的3个晶闸管分别为VT4、VT6、VT2。从后面的分析可知，按此编号，晶闸管的导通顺序为 VT1－VT2－VT3－VT4－VT5－VT6。α≤60 o为例，ud波形连续，工作情况与带电阻负载时十分相似，各晶闸管的通断情况、输出整流电压ud波形、晶闸管承受的电压波形等都一样。区别在于：由于负载不同，同样的整流输出电压加到负载上，得到的负载电流id波形不同。阻感负载时，由于电感的作用，使得负载电流波形变得平直，当电感足够大的时候，负载电流的波形可近似为一条水平线。 图1-3 阻感性负载α=30o （2）定量分析 当整流输出电压连续时（即带阻感负载时，或带电阻负载α≤60o?时）的平均值为： 带电阻负载且α60o?时，整流电压平均值为： 输出电流平均值为 ：Id = Ud /R 当整流变压器采用星形接法，带阻感负载时，变压器二次侧电流波形为正负半周各宽120?、前沿相差180?的矩形波，其有效值为： 1.2.2 谐波分析方法 1.2.2.1 谐波 对于周期为T＝2π／ω 基波（fundamental）— 在傅里叶级数中，频率与工频相同的分量， n＝1 谐波（harmonic）— 频率为基波频率整数倍（大于1）的分量，n1 谐波次数 — 谐波频率和基波频率的整数比 n次谐波电流含有率以HRIn表示 In为第n次谐波电流有效值，I1为基波电流有效值。 电流谐波总畸变率THDi定义为 Ih为总谐波电流有效值， 表1-1谐波电压限值 电网标称电压kv 电压总畸变率％ 各次谐波电压含有率％ 奇次 偶次 0.38 5.0 4.0 2.0 6 4.0 3.2 1.8 10 35 3.0 2.4 1.2 66 110 2.0 1.6 0.8 表1-2 注入公共连接点的电流允许值 标准电压kv 基准短路容量MVA 谐波次数及谐波电流允许值A 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 0.38 10 78 62 39 62 26 44 19 21 16 28 13 24 21 12 9.7 18 8.6 18