一种大电流整流器的谐波抑制方法研究

针对应用星形联结自耦变压器的大电流整流器,提出一种应用有源平衡电抗器(AIPR)抑制其输入电流谐波的方法。分析不使用有源平衡电抗器时的输入电流、负载电压及自耦变压器的容量;给出有源平衡电抗器副边所接辅助电路的拓扑及其控制方法;当整流器输入电流谐波得到最大抑制时,确定辅助电路输入电流的幅值、频率和相位,并计算有源平衡电抗器对负载电压、自耦变压器容量的影响。实验结果表明,使用有源平衡电抗器后,整流器的输入电流总谐波畸变率(THD)由27%降到了3. 7%,输入电流谐波得到显著抑制;辅助电路的容量仅为负载功率的5. 1%,谐波抑制代价较小;负载电压不受有源谐波抑制方法的影响,仍为6脉波;有源谐波抑制方法改变了星形联结自耦变压器的绕组电流,导致其容量由95%上升到105%。     

基于星形联结自耦变压器的高功率密度12脉波整流器研究

为减小移相变压器的等效容量,并降低其绕组结构的复杂程度,提出一种等效容量小、绕组结构简单的星形联结移相自耦变压器。根据多脉波整流器对移相变压器的要求,确定了星形联结移相自耦变压器的相量图以及各绕组之间的匝比关系;定义了应用星形连接自耦变压器的12脉波整流器的开关函数,并应用该函数分析了12脉波整流器的输入电流和负载电压,并计算了该整流器所使用的3种磁性器件的等效容量。理论分析、仿真及实验结果表明,该整流器可以实现12脉波整流,且具有系统功率密度高、结构简单等优点,适合应用于三相四线制的大功率整流场合。     

一种新型升压18脉波自耦变压整流器的研究

为使多脉波整流器满足某些特定升压场合对输出直流电压的需求,该文对星形自耦变压器进行优化设计,提出一种直流侧输出电压可变的低容量新型18脉波自耦变压整流器。基于18脉波整流器对新型自耦变压器结构的要求,确定新型自耦变压器的相量图及各绕组之间的匝比关系,设计自耦变压器升压拓扑,给出拓扑的升压范围,分析其工作原理,详细推导电压增益与输入电流总谐波含量、输出直流电压以及整流器所用2种磁性器件等效容量之间的基本关系与变化规律,比较几种不同结构升压整流器系统等效容量。理论分析、仿真结果表明,所提出的自耦变压整流器不仅能够实现18脉波整流,而且具有系统功率密度高,体积小等优点,适合运用于三相四线制升压整流场合。     

基于叉形联结自耦变压器的大电流整流器研究

为减小移相变压器体积,提高整流器功率密度,提出一种使用叉形联结自耦变压器的6相大电流整流器。通过分析大电流整流器的特点,得到理想大电流整流器应由移相自耦变压器和两组三相半波整流电路组成;根据大电流整流器对移相自耦变压器的结构要求,设计移相角等于π/3的叉形联结自耦变压器,将其应用于大电流整流器,分析大电流整流器的输入电流、负载电压及叉形联结自耦变压器的容量。理论分析和实验结果表明,所提出的大电流整流器与双反星形整流器具有相同的电能质量,但输出相同的负载功率时,叉形联结自耦变压器的容量比双反星形变压器小30%,可显著提高整流器的功率密度。     

应用于轨道交通中24脉波自耦变压整流器的仿真研究

整流器在轨道交通中应用非常普遍,但是整流器件的强非线性会使其对电网注入大量谐波。为了减少谐波电流对电力系统产生的影响,提出一种新型24脉波整流方式来抑制谐波。分析了多脉波整流技术的谐波抑制原理、自耦变压器的结构和等效容量,网侧输入电流几个方面的内容。得出自耦变压器网侧输入电流具有良好的波形质量,其等效容量远小于输出功率的特点。最后利用电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC搭建了该24脉波整流电路在轨道交通中的仿真模型。仿真结果验证了该模型应用于轨道交通中的适用性。     

一种直流侧带混合谐波抑制电路的24脉波整流器

常规12脉波整流器会对电网造成大量谐波污染。为同时提高整流器交、直流侧电能质量,提出了一种直流侧带混合谐波抑制电路(Hybrid Harmonic Suppression Circuit, HHSC)的24脉波整流器。所提整流器由常规12脉波整流器、抽头变换器(Tapped Inter-Phase Converter, TIPC)和补偿电路(Compensation Circuit, CC)组成。TIPC的输出端与负载串联,直接调制整流桥的输出电流和电压。CC与负载并联,间接调制整流桥的输出电流,然后根据交、直流两侧电流关系和直流侧电压关系,最终使整流器输入电流接近正弦波,输出电压由12脉波倍增至24脉波。该方法仅需小容量(仅为输出功率的2.65%)的HHSC即可有效降低输入电流谐波和输出电压纹波,具有高谐波抑制性能、低谐波抑制代价等优点。在Matlab/Simulink中搭建仿真模型,验证了所提方法的正确性和有效性。     

基于直流侧无源电压谐波注入法的串联型24脉波整流器

为抑制串联型多脉波整流器的输入电流谐波,提出一种直流侧电压谐波注入法。该方法通过谐波注入电路产生6倍电网电压频率的电压谐波,并通过谐波注入变压器注入串联型多脉波整流器的直流侧,使整流器输入电流的波形近似为正弦;借助开关函数法,分析移相变压器输入电压24阶梯波的形成过程;从移相变压器输入电压总谐波畸变率(THD)值最小角度出发,设计注入变压器的最佳匝比。仿真和实验结果表明,使用谐波注入电路后,整流器的输入功率因数由97.43%提高到98.94%,电能质量得到明显提高;移相变压器的输入电压由12阶梯波变为24阶梯波,其THD值由9.74%降到3.34%,输入电流THD值由7.62%降到2.65%,整流器的谐波抑制性能得到显著提升。     

基于相分量法的星形自耦变压器全解耦模型

星形自耦变压器是12脉波整流器中常用的移相变压器,该变压器各绕组之间交互联结,在仿真软件中没有对应的仿真模型。为在仿真软件中模拟星形自耦变压器对12脉波整流器性能的影响,应用相分量法建立了该变压器的全解耦模型。通过分析星形自耦变压器的耦合电路,建立了描述支路电压、支路电流、节点电压、节点电流之间关系的过渡矩阵,进一步获得可以描述星形联结自耦变压器绕组联结结构、电气参数等信息的节点导纳矩阵,并应用该矩阵建立了描述星形自耦变压器的全解耦模型。该模型具有物理意义明确、易于实现等优点。仿真和实验结果表明,该模型可有效模拟星形自耦变压器。     

一种带PWM电流源的12脉波整流器研究

12脉波整流电路的输入电流含有大量谐波,在大功率场合会产生严重的危害.为此研究了一种带有源PWM电流源的12脉波整流器,通过增加一个小功率的半桥逆变电源,将其产生的特定三角波电流注入到整流器直流侧,即可有效抑制电网三相电流的谐波,使电网输入电流接近正弦波.分析了该整流器的谐波抑制原理,给出了有源PWM电流源的硬件实现方案.实验结果表明该系统结构简单,谐波抑制效果好,有较高的实用价值.     

输入侧断相对多脉波整流器直流侧谐波抑制方法的影响

为描述多脉波整流器断相时的故障特征,分析了断相对使用直流侧谐波抑制方法的多脉波整流器的影响。以使用两抽头变换器的24脉波整流器和使用有源平衡电抗器的12脉波整流器为例,分析了正常工作和断相运行时整流器各处的电压和电流特征。通过理论分析和实验验证,结果表明断相会导致两整流桥输出电压的瞬时差等于零,进而使抽头变换器和有源平衡电抗器不能产生环流去抑制输入电流谐波;同时,断相运行也将使负载电压纹波显著增大,即断相将导致输入侧和负载侧电能质量恶化。相关结论可为并联型多脉波整流器断相故障的分析和实时处理提供理论依据。     

Autoconnected-electronic-transformer-based multipulse rectifiersfor utility interface of power electronic systems

In this paper, an autoconnected electronic transformer (ACET) for 12- and 24-pulse rectifier systems is proposed. Considerable reduction in size and weight is achieved by operating the transformer core at a higher frequency. The rating of the autotransformer is a fraction of the output power. Utility line currents are multipulse in nature with the cancellation of several lower order harmonic currents. Furthermore, the magnetic components on the rectifier DC side are also exposed to higher frequency and can be reduced in size and weight. With an operating frequency of 990 Hz and utilizing conventional grain-oriented steel, a size reduction of 1/3 is achieved compared to a conventional 60 Hz design. Finer grades of steel or alternatives, such as amorphous material, would increase the performance advantage even further. Another unique feature of the proposed concept is that the switching frequency components are neutralized at the input side of the rectifier system. A second configuration using an open delta ACET is also presented. The proposed concept is suitable for higher power rectifier systems, which demand clean input power characteristics. This paper presents analysis, simulations, design example and experimental results for a 208 V 10 kVA prototype system     

电源变换器在风力发电中的技术研究

随着风力发电技术的快速发展,高性能的电源变换技术受到人们的广泛关注.在此采用基于DSP的数字控制技术,设计了一个新型的AC/DC/AC电源变换器.该变换器前级为三相两开关Boost PFC电路,采用DSP产生两路相位差为180°频率可变的PWM信号进行控制,实现了部分解耦控制,能有效减少输入电流的谐波含量并提高功率因数...     

Cost-effective multi-pulse AC-DC converter with lower than 3% current THD

In this paper, a new multi-pulse clean power converter topology is presented with lower than 3% input current total harmonic distortion (THD). The topology is based on the combination of a 36-pulse converter and a pulse doubling circuit. The 36-pulse converter consists of a “polygon” autotransformer and two 18-pulse diode bridge rectifiers. Pulse doubling circuit consists of zero-sequence-blocking transformer (ZSBT) and tapped interphase transformer (IPT). The important advantage of the proposed AC-DC converter is considerable reduction in burdens of the magnetic parts with respect to the nominal load rating. It provides more economical solution to achieve harmonic mitigation in electric power systems as compared with other 72-pulse AC-DC converters. The simulation and experimental results show that the input current THD is less than 3% using the proposed topology. The results indicate a significant reduction in the total cost and volume of the proposed 72-pulse configuration in comparison with similar configurations. Also, it is shown that the proposed converter rating is about 44% of the DC load power.     

高压变频器36脉波移相变压器的设计

高压变频器是指输入电源电压在3—10kV的大功率变频器。由于其功率大、电压等级高,所以对其输入谐波、功率因数等要求很高。采用移相变压器实现高压变频器的多重化整流,可使高压变频器的输入谐波减小,功率因数提高。对容量为630kVA,36脉波移相变压器的电流、匝数参数进行设计,并对多重化整流电路进行谐波和仿真分析,为工程实践提供依据。     

12脉冲多边形结构自耦变压整流器应用研究

分析了12脉冲多边形自耦变压整流器工作原理,与传统的隔离型12脉冲变压整流器相比,自耦变压器的使用大大减小了整流器的体积与成本。给出了不带平衡电抗器的隔离型AC/DC整流系统结构,研制成功了一台2kVA的12脉冲自耦变压整流器的原理样机。实验结果验证了理论分析的正确性。     

A new active interphase reactor for 12-pulse rectifiers providesclean power utility interface

In this paper, a new active interphase reactor for twelve-pulse diode rectifiers is proposed. The proposed system draws near sinusoidal currents from the utility. In this scheme, a low kVA [0.02 P_o (PU)] active current source injects a triangular current into an interphase reactor of a twelve-pulse diode rectifier. This modification results in near sinusoidal utility line currents with less than 1% THD. It is further shown that a low kVA, 12-pulse system with an autotransformer arrangement [kVA rating of 0.18 P_o (PU)] can be implemented with the proposed active interphase reactor. The resulting system draws clean power from the utility and is suitable for powering larger kVA AC motor drive systems. Detailed analysis of the proposed scheme along with design equations is illustrated. Simulation results verify the concept. Experimental results are provided from a 208 V, 10 kVA rectifier system     

两种新型24脉波整流电路

本文提出了两种新型的24脉波二极管整流电路。通过增加两个二极管和特殊的抽头均衡变压器将传统的12脉波整流电路改进成新型的24脉波整流电路，输入电流不含5、7、11、13、17、19次谐波。整流电路使用自耦变压器使得所需变压器的容量大大减少，第二种电路的自耦变压器容量(0.14Po)比第一种电路的容量(0.23Po)更小。仿真和实验结果证实两种电路的可行性     

使用六绕组隔离变压器的大电流整流器研究

为提高整流器的电流输出能力,设计了一种基于六绕组隔离变压器的大电流整流器。该整流器使用六绕组隔离变压器作为移相变压器,隔离变压器的原边绕组采用三角形联结,副边绕组相互独立,输出3组相位依次相差120°的单相电压,分别为3组单相整流桥供电,可有效增大电流输出能力。理论分析、仿真及实验结果表明,该大电流整流器的输入侧和负载侧的电能质量与传统的双反星形整流器相同,但电流输出能力为双反星形整流器的1.5倍;另外,该大电流整流器所用隔离变压器的容量要小于双反星形整流器所用变压器的容量,这在一定程度上可以提高该整流器的功率密度。     

图腾柱式无桥零纹波交错并联Boost功率因数校正器

提出一种图腾柱式无桥零纹波交错并联Boost功率因数校正器(Power Factor Correction,PFC),解决了低压大电流输入场合下的Boost PFC效率和功率密度偏低的问题。此拓扑结合了无桥和交错并联技术,降低了输入整流桥、功率开关器件及Boost电感的损耗,消除了传统Boost PFC所存在的局部过热点,提高了变换器效率,适用于低压、大电流应用场合;结合了交错并联和零纹波技术,改善了变换器电磁兼容(Electromagnetic Compatibility,EMC)特性,减小了输入、输出滤波电感和电容体积,提高了变换器效率和功率密度。本文详细阐述了此变换器的工作原理及其参数设计过程,并通过一台基于DSP控制的1kW样机进行了实验验证。