移相电抗器对变流器供电系统谐波抑制的机理研究联轴器

移相电抗器对变流器供电系统谐波抑制的机理研究

移相电抗器对变流器供电系统谐波抑制的机理研究 2011： 1引言 由于变流装置中用作换流元件的电力半导体器件工作在开关状态，变流器产生的电压和电流多为非正弦波形，包含了大量的谐波。近。大容量的变流器供电系统减少向电网注入谐波的主要方法是采用多相整流电路和变流器的多重化技术，一般需要采用多绕组移相变压器进行电路移相[3~5]。本文所介绍的是用移相电抗器取代移相变压器的一种新型电路拓扑结构，由于移相电抗器是串联在主电路中，需要的移相线圈匝数很少，与移相变压器相比，体积和重量要小得多，从而可大大降低移相电路的成本[6]。 本文论述了移相电抗器谐波抑制的工作原理与设计方法，包括最佳移相角的选取、移相电抗器结构、移相绕组匝数与连接方式的确定等。对具有移相电抗器的六相整流系统进行了数字仿真和实验研究，并与未采用移相方式的三相全波整流电路进行对比分析，证明采用移相电抗器的多相整流电路对电源侧的电流谐波确有较好的抑制效果。2移相电抗器的理论分析2.1 移相电抗器的工作原理 移相电抗器的作用是用来削弱或消除电力半导体变流装置和非线性负载产生的谐波电流和电压对供电系统的影响。考虑到三相对称供电系统中一般以5、7、11和13次谐波含量较大且对系统影响较为严重，故移相电抗器可主要针对综合削弱这几次谐波来设计。其工作原理可由图1所示电路接线图及相量图说明。 如图1(a) 所示，将一相电流I分为2个支路电流I'和I²。通过适当选取移相绕组的匝数和接线方式可使支路电流的基波和I1''相对于相电流基波I1 分别移相a 角和－a 角，则基波相电流与支路电流的相量关系如图1(b)所示。由于a 角较小，总的相电流基波即采用移相后对基波电流的影响不大。然而，采用移相接法对谐波分量的影响却较大。以5次谐波电流为例，2支路的5次谐波电流相对于相电流基波I1 分别被移相5a 和－5a 角，如图1(c)所示，由于接近于大小相等和方向相反，使来自负载端由于半导体变流器或非线性负载产生的5次电流谐波接近互相抵消，从而减轻或削弱了负载谐波电流对供电系统的影响。2.2 最佳移相角的确定由上面分析可知，通过选取某个特定的移相角可消除某次谐波电流的影响，如取a =18°，则可消除5次谐波。想通过选定某个特定的移相角来同时消除多次谐波带来的影响是不可能的。要想通过选定某个特定的移相角同时对几次谐波都有较好的削弱作用，必须综合考虑移相角对各次谐波的影响。不同移相角对基波和5、7、11和13等主要次谐波的衰减作用如图2示。考虑到5次和7次谐波分量通常比11和13次谐波含量大且对供电系统的影响更为严重，可选取移相角a≈11°。2.3 移相电抗器的结构和移相绕组联结方式 三相移相电抗器的绕组接线原理如图3所示。图中X、U1和U2端，Y、V1和V2端及Z、W1和W2端所在的三组线圈分别绕在同一铁心柱上，各移相绕组的电压相量和同一铁心绕组间的同名端也被表示出来。通过绕组匝数的调整和相间换接，可获得所需移相角。三相移相电抗器的铁心一般可采用两种结构型式，即如图4所示的由3个独立铁心构成的三相移相电抗器和采用单一五柱式铁心的三相移相电抗器。

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