整流裝置諧波抑制方法研究

龍 潤

（海軍駐武漢七一二所軍事代表室, 武漢 430064）

0 引言

在艦船上經常利用同步發電機同時向交流負載和直流負載供電。大量整流器件的廣泛運用導致的交流線電流的諧波會引起電力系統分配和變換的嚴重問題，例如靜態調相器的燒毀，低頻繼電器(UFR)的錯誤動作，計算機控制系統故障等等。由于絕大部分交流負載對供電品質有嚴格要求，整流負載所引起的交流側波形畸變就成了電力系統中一個非常突出的問題。因此，分析整流系統交流側諧波電流及其影響因素，消除交流電網電壓與電流諧波，提高網側功率因數，減小直流側電壓脈動，使系統滿足電磁兼容性要求，是一個相當重要的課題。

1 帶有變抽頭均衡電抗器的六相整流電路基本原理

圖 1所示為變抽頭六相整流裝置，此裝置的主變壓器具有三個繞組，原邊為Y聯結，第二、三繞組分別為Y、Δ聯接，附邊兩繞組分別和三相橋式整流器相連。兩個副邊繞組的交流線電壓在相位上相差30度，因此圖1為六相十二脈波整流器。為了使整流橋的直流輸出電壓平衡，故使三個繞組相對匝數比為1：as/√3：as。該裝置是在傳統六相整流的相間電抗器上設置幾個對稱的聯接點(相對于相間電抗器的中點)，直流負載通過二極管和聯接點相連，這些二極管形成“變抽頭”。和一般的六相十二脈波整流器相比，這種帶變抽頭的整流系統形式上與十二脈波構造相似，但它的運行行為和二十四脈波的情形極為相似。

衡量諧波干擾大小不但要考慮單次諧波幅值，而且要考慮綜合作用即電流波形正弦性畸變率THD的大小。

定義THD=扣除基波分量后電流有效值/電流基波分量有效值。在不考慮換相影響時可算得傳統六相整流變壓器原邊交流電流的THD≈0.1507，而整流器帶抽頭 換接器時原邊電流THD和變抽頭匝數比αm的取值有關。

表1列出了當αm取不同值時相對應的交流電流THD，圖2是THD－αm關系圖。從表1和圖2可以發現THD有極小值約為 0.0742，此時αm≈0.2500，因此，均衡電抗器變抽頭匝比不能過小，也不能過大，在不考慮換相電抗影響時，匝數比應取αm︳最優值=0.2500。

2 整流換相過程對系統的影響

整流負載由于電流換相會使交流側電壓波形發生畸變，而絕大部分交流負載對電壓波形是有嚴格要求的，因此有必要對整流負載引起的交流電壓波形畸變單獨進行分析。文獻[3]對傳統的經三繞組變壓器后六相整流系統的交流電壓諧波進行了分析，原公式只需進行修正，就可適用于變抽頭六相整流系統。此時將換相重疊角改為：

?

對于傳統的六相整流系統，換相重疊角公式只需令上式αm=0即可得到，可見在同樣工況下帶變抽頭均衡電抗器的六相整流系統換相重疊角γ相應要小。取αm=0.3333，Id=29.6 A時,根據文獻[3]給出的公式可作出傳統六相整流的變壓器原邊交流電壓波形如圖3所示，對應于此狀態的變抽頭整流器的變壓器原邊交流電壓波形如圖 4所示,比較兩圖，顯然前者的電壓波形畸變率要大。圖5為對應于圖3的實測電壓放大波形，圖6為對應于圖4的實測電壓放大波形 ，顯然前者的電壓波形畸變率要大。

3 考慮變抽頭換相過程的整流系統

系統結構如圖7所示，設整流橋1和橋2完全對稱，則橋1和橋2的負載電流id1和id2的變化規律相同，相位相差30°，三繞組變壓器付邊兩個繞組的線電流變化規律相同，相位相30°，因此只需在 0～30°范圍內對系統進行分析，其他區間的各量可根據兩整流橋的對稱性進行推導。取αm=0.1667，變壓器原邊交流電流理論分析波形和實測波形如圖8。

要滿足0<γ<15°及0<γD<15°，負載電流不能取得太大，統一取Id≈7.5 A。變抽頭匝數比

4 結論

隨著變抽頭匝數比 αm的增大，交流電流THD逐漸下降，當αm增加到某一值時，交流電流THD達到最小值，αm繼續增加時，交流電流THD反而增大。理論分析和實驗結果都表明，變抽頭六相整流和傳統六相整流相比削弱了諧波。

[1]J.Arrillage, M.E. Villablanca, Pulse doubling in parallel convertor configurations with interphase reactors. IEE. Proc., 1991, 138:15-20.

[2]趙良炳編著.《現代電力電子技術基礎》. 清華大學出版社，1995.

[3]馬偉明,張蓋凡. 三相同步發電機供交直流混合負載時交流電壓波形的畸變. 1996, 11(4):36-42.

[4]黃俊等主編.電力電子變流技術. 機械工業出版社，1994.

[5]張志涌等編. 掌握和精通 MATLAB. 北京航空航天大學出版社，1997.