基于谐波抑制电抗器的并联型多脉波整流技术研究

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并联型多脉波整流器具有结构简单、可靠性与工作效率高的优点,在许多领域中具有广泛的应用,但传统的并联型多脉波整流器对输入电压不平衡时产生的5次、7次等非特征次谐波抑制无能为力。为此,本文在并联型12脉波整流器的基础上,研究了输入电压不平衡时12脉波整流器的电压电流特性、基于无源谐波抑制电抗器(Harmonic Blocking Reactor,HBR)的12脉波整流器、基于无源谐波抑制电抗器的24脉波整流器以及基于有源谐波抑制电抗器的多脉波整流器,并进一步分析了其对于负载变化的适应能力,这对于提高多脉波整流器的电能质量、维持多脉波整流器的稳定运行具有重要意义。为分析并联型多脉波整流器在输入电压不平衡时的电压电流特性,研究了输入电压不平衡时基于三角形自耦变压器的并联型12脉波整流器。分析了变压器的拓扑结构以及整流器的工作原理;根据电路的基本定理和Fourier级数,计算了不平衡条件下的负载电压与输入电流;分析了输出电压的纹波系数以及输入电流的谐波成分。仿真和实验结果表明,输入电压不平衡时,整流器产生的5次、7次等非特征次谐波是造成电能质量降低的主要原因。为抑制输入电压不平衡时整流器中的非特征次谐波,提出了一种基于无源谐波抑制电抗器的12脉波整流器。根据电磁感应定律,分析了无源谐波抑制电抗器的拓扑结构及工作原理;根据变压器绕组结构,从输入电流THD值最小的角度出发,推导了输入电流的表达式;计算了谐波抑制电抗器上的电压,确定了整流桥的导通模态。仿真和实验结果表明,无源谐波抑制电抗器对于5次、7次等非特征次谐波抑制效果显著,能够有效地提高电能质量。为抑制整流电路中以12k±1次谐波为主的特征次谐波,提出了一种基于谐波抑制电抗器的并联型24脉波整流器和一种基于有源谐波抑制电抗器的并联型多脉波整流器。分析了基于谐波抑制电抗器的24脉波整流器的拓扑结构;计算出整流器输入电流的表达式;仿真结果表明,整流器输入电流为24阶梯波,其频谱仅含24k±1次谐波。分析了基于有源谐波抑制电抗器的多脉波整流器拓扑结构;设计了相应的控制电路;仿真结果表明,使用有源谐波抑制电抗器后,整流器的输入电流THD值降至5.37%,谐波抑制效果显著。为分析基于谐波抑制电抗器的多脉波整流器对于负载变化的适应能力,研究了在电阻负载缓变、阻感负载缓变以及负载电阻突变时,整流器的工作特性变化情况。仿真结果表明,在电阻负载和阻感负载条件下,无论负载缓变或者突变,基于无源谐波抑制电抗器的多脉波整流器的负载电压以及输入电流的THD值都能稳定在一定的范围内,具有较强的负载适应性;基于有源谐波抑制电抗器的多脉波整流器对于负载缓变时的适应能力较弱,但当负载突变时,该整流器能够快速地达到稳定状态。
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