毕业设计滤波器.docVIP

第一章 前言 近年来，随着电力电子技术的广泛应用，电能得到了更加充分的利用。但电力电子装置自身所具有的非线性也使得电网的电压和电流发生畸变，这些高度非线性设备数量和额定容量的日益增大使得电力系统谐波污染问题日益严重，已成为了影响电能质量的公害，对电力系统的安全、经济运行造成极大的影响；而另一方面供电方及其电力系统设备、用户及其用电器对电能质量的要求越来越高，这一矛盾使得人们对谐波污染问题越来越重视。因谐波问题导致的开关跳闸、大面积停电甚至电力系统解列等事故也屡见不鲜，因此对电力系统的谐波污染进行综合治理已成为摆在科技工作者面前的一个具有重要现实意义的研究课题。本文从谐波产生的原理、谐波源、抑制谐波的方法然后重点介绍补救性的解决方法。补救性的解决方法是指为了克服既存谐波问题所采用的技术。补救性的解决方法又分为使用滤波器和电路谐波即采用馈电线重构或电容器组改变安装位置等来克服谐振。其中有使用滤波器方便本文介绍了无源滤波器、有源滤波器和混合滤波器，并且做了一个简单的对比。 无源滤波器又称LC滤波器，是利用电感、电容和电阻的组合设计构成的滤波电路，并调谐在某个特定谐波频率。滤波器对其所调谐的谐波来说是一个低阻抗的“陷阱”。理论上，滤波器在其调谐频率出阻抗为零，因此可吸收掉要滤除的谐波。 有源电力滤波器（Active Power Filter）是由全控电力电子器件构成的采取PWM控制的变流器。提供与补偿电流（或电压）大小相等、极性相反的电流（或电压），以抑制负载所产生的有害电流（或电压）在电力系统中传播的主动或综合补偿装置。 混合滤波器克服了无源滤波器和有源滤波器各自的缺点又继承了他们的优点，所以混合滤波器在实际的应用中比较广泛。 本次设计以无源滤波器和有源滤波器的工作原理为基础，结合混合滤波器的特点而设计的HPF和APF并联的混合滤波器，以FFT快速傅里叶算法为、三角载波线性控制PWM脉冲为基础所设计的感应型单相变压器有源滤波器装置。 第二章 谐波产生的原理和危害 2.1 谐波产生的原理 在电力系统中谐波产生的根本原因是由于非线性负载所致。当电流流经负载时，与所加的电压不呈线性关系，就形成非正弦电流，即在理想的干净供电系统中，电流和电压都是正弦波的，在只含线性元件(电阻、电感及电容)的简单电路里，流过的电流与施加的电压成正比，流过的电流是正弦波，而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，就形成非正弦电流。谐波频率是基波频率的整倍数，例如基频为50Hz，二次谐波为100Hz，三次谐波则为150Hz，根据法国数学家傅立叶(M．Fourier)分析原理证明，任何重复的波形都可以分解为含有基波频率和一系列为基波倍数的谐波的正弦波分量。谐波是正弦波，每个谐波都具有不同的频率，幅度与相角。谐波可以区分为偶次与奇次性，第3、5、7次编号的为奇次谐波，而2、4、6、8等为偶次谐波，如基波为50Hz时，2次谐波为l00Hz，3次谐波则是150Hz。一般地讲，奇次谐波引起的危害比偶次谐波更多更大。在平衡的三相系统中，由于对称关系，偶次谐波已经被消除了，只有奇次谐波存在。对于三相整流负载，出现的谐波电流是6n±1次谐波，例如5、7、11、13、17、19等，变频器主要产生5、7次谐波。因此畸变的电流波形可能有二次谐波、三次谐波……可能直到第三十次谐波组成。 2.1.1畸变波形的数字特征量： 畸变波形的方均根值 周期性电流和电压的瞬时值都随时间的变化而变化，在工程实际应用中采用方均根值这个数值特征量来衡量电流和电压的大小，以周期电流为例，它的方均根值为： （ 2.1） 方均根值通常又称为有效值。 畸变波形的峰值 畸变波形分解成基波和各次谐波是因为它们都是正弦函数，所以它们各自的峰值和方均根值之间存在着的比例关系。但是非正弦波形的周期性函数，它的峰值和方均根值之间却不存在这样简单的比例关系。 为了表征波形畸变对绝缘等问题的影响，引入了波峰系数CF（Crest Factor)，定义为畸变波形的峰值与方均根值之比： （2.2） 谐波含有率 电压畸变波形的第h次谐波电压含有率等于其第h次谐波电压方均根值与其基波电压方均根值的百分比： （2.3） 电流畸变波形的第h次谐波电流含有率等于其第h次谐波电流的方均根值与其基波电流方均根值的百分比： （2.4） 总谐波畸变率 波形畸变的程度，带以其总谐波畸变率来表示，作为衡量电能质量的一个指标。各次谐波含有率平方和的平方根称为总谐波畸变率THD（Total Harmonic Dis