解析三相不控整流器输入LC滤波器.pdf

LC LC 解析三相不控整流器输入LLCC滤波器 1 1 11 引言 随着相关技术的不断进步，交-直-交变频器技 术得到了长足发展，变频器- 电动机传动系统广泛应用在各行各业，其中由于单相供电的局限性，目前较大功 率的变频空调等电器均采用三相交流电源供电。由于传 统交-直-交变频器的前 级ac-dc变换器为不控二极管整流桥，众所周知，只要对于三相供电系统采用不 控整流桥，后级为任何电路型式，对于电网而言，传统 交-直-交变频器均为非 线性负载，即网侧电流含有大量的低次和较高次谐波电流，造成输入功率因数降 低和电流 thd 增高，不符合谐波电流发射限度标 准：iec61000-3-2和 iec61000-3-12。谐波电流的危害不言而喻，为此必须采取谐波电流抑制措施。对 于三相供电的传统交直-交-变频 器系统，除了改善输入电流波形和减少基波功 率因数角外，另一项重要的目标是维持直流电压相对负载的硬度，即要有较高的 负载调整率，还要有较高的平均值和较低的纹波电压峰峰值，以便提高后级逆变 器-电动机系统的恒转矩范围，提升输出功率等级。 到目前为止，出现了非常多的滤波原理和滤波方法，对谐波源的分析也较为 深入。常用方法包括无源滤波、有源滤波以及混合滤波，又可以划分为调谐的滤 波器、高通滤波法、各种有源电力滤波器法、各种三相可控整流器、 各种无源 电力滤波器，等等。对于有源滤波或校正技术，虽然滤波或校正效果好，但技术 复杂，成本较高，在某些场合和一定的阶段时期不适于推广应用。无源滤波 技 术发展最早，在抑制设备谐波方面效果较好，好的无源滤波方式，不仅可以抑制 谐波电流，还具有无功补偿作用。据了解目前三相交流电压供电的商用变频空调 pfc lcl 尚 未采用三相有源 ，仍然采用 滤波方式，生产机型全部出口欧洲国家。 对三相供电的交直交变频器，目前已经出现了大量不同的无源滤波技术，如单级 lc滤波器、多级lc滤波器、多种3次谐波注入的滤波器、变压器耦合滤波器、电 lc - - 感耦合滤波器等。本文旨在针对性价比高的单级 滤波器 整流桥 电阻负载 系 统进行理论分析、仿真分析和实验测试，确定最佳lc 滤波器设计方法，同时解 决单级lc 滤波器的几个关键问题，如直流电压提升原理、整流桥最佳输入线电 lc 压波型等，为单级 滤波器在整流桥这类非线性负载中的应用打下基础。 2 lc - 2 lc - 22 三相llcc滤波器--不控整流桥系统的关键问题 2.1 2.1 22..11 谐波源与特性问题 非线性负荷的谐波源型式可以大致划分为三种：谐波电压源、谐波电流源 和混合谐波源。对于可控硅整流器、矩阵整流器以及电流源型 pwm 整流器，由 于输出直 流侧后接较大感值的平波电抗器，在网侧呈现谐波电流源特性，感性 越强与负载越大，谐波电流源特性越显著，需要采取整流桥前并联补偿。对于三 相不控整流器、 电压源整流器，由于输出直流侧后接较大容值的滤波电解电容 器，在网侧呈现谐波电压源特性，容性越强负载越大，谐波电压源特性越显著， 尖峰电流越高，需要采 取整流桥前串联补偿。对于较大功率输出的三相不控整 lc 流器的直流侧一般都后接 滤波器，电抗器的作用是平滑直流侧电流，对于非 无穷大供电系统当电感量不足 时，谐波源特性介于谐波电流源与谐波电压源特 性之间。 供电线路上串入滤波电感之后，谐波电压源特性的三相不控整流桥-电 解电 容 负载系统具有了谐波电流源特性，谐波电流的频率越高越有利于抑制，电感- 量越大越体现电流谐波源特性，因而可以考虑线路间并联电容来旁路产生的谐波 电流，谐波电流的频率越高越有利于旁路。可以认为单级lc 滤波器-三相不控整 流桥 电解电容 负载系统的谐波等效电路具有混合谐波源特性，其等效电路应该- - 为谐波电流源与谐波电压源的综合，这一点符合诺顿定理，如图1所示。 1 lc - - - 图