LC滤波的三相桥式整流电路网侧谐波分析舒兰

LC滤波的三相桥式整流电路网侧谐波分析

LC滤波的三相桥式整流电路网侧谐波分析 2011年12月09日 来源： Analyze of line harmonic current of three phase rectifier with LC filter Abstract: For the 3 phase capacitive rectifier, which was widely used in the power electronics equipment, LC filter in DC is an effective structure to improve the power factor and reduce the input harmonic current. A theory equation was derived in this paper, which show the relationship between the input characteristics and the circuit parameter. It was proved by the simulation and the experiment. Key words: 3 phase rectifier harmonic power factor 1 概 述 随着电力电子技术的飞速发展，其应用已经深入到电力、冶金、化工、通讯、铁路电气以及家电等各个领域，在电力电子装置中，整流器作为装置与电网的接口占有相当大的比重，采用电容滤波、二极管构成的三相不可控整流电路随着变频器、开关电源及UPS等装置的广泛应用，其所占比例越来越高。同时这种整流电路对电网的不利影响，如输入电流谐波等，也受到了广泛的重视。虽然目前可以采用PFC装置、有源滤波器等方案解决其带来的各种不利影响，但采用接入电抗器仍为最为简单和常用的一种提高功率因数、抑制谐波的方法。目前对采用电抗器改善整流器输入谐波及功率因数的分析主要采用计算机仿真，文献[1]~[3]对不同结构的整流器进行了分析，得出了一些有价值的数据及图表，但采用仿真的方法难以建立各项指标与电路参数间的理论公式。文献[4]提出了采用整流器开关函数、基于频域的分析方法，对同时含有直流侧及交流侧滤波元件的情况得到了很好求解公式，但公式形式十分复杂，很难被读者所使用。由于在整流电路的直流侧或交流侧接入电抗器均可以起到改善整流器输入谐波及功率因数的作用，而在直流侧接入电抗器效果更为明显。本文将对直流侧采用LC滤波的三相桥式不可控整流电路网侧特性与滤波器参数的关系进行分析。在一定程度近似的基础上获得了各项输入指标与滤波参数的计算公式，仿真及实验表明，公式具有较高的精度。2 理论分析 采用LC滤波的三相桥式不可控整流电路的等效结构如图1所示。其中R为直流侧负载等效电阻。本文将在以下条件下对电路特性进行分析： 图1 采用LC滤波的三相不可控整流电路 1) 三相电源为对称正弦。2) 忽略三相进线阻抗及二极管压降。3) 滤波电容C对6次及以上频率谐波的阻抗远小于R。在通常情况下，上述假设条件对于整流器都是可以满足的。下面将对直流侧电压、电流及交流侧电流进行分别讨论。2.1 直流侧电压及电流分析 在假设条件2情况下，即不考虑换相重叠角时，及直流电流连续情况下，不可控整流电路输出的直流电压波形ud如图2所示，采用傅立叶级数形式可表示为： (1)其中U2l为交流侧线电压有效值。 直流侧电流id可采用直流电压表达式与LCR电路的阻抗计算获得： 式中Zn为LCR电路的n次谐波阻抗，考虑假设条件3时，Zn仅与LC的阻抗相关，即Zn=j(XLn-XCn)，则： (2) 图2 直流侧电压及电流波形 由式(1)、(2)可以看出整流电压ud中的谐波电压Un随着频率的增加而迅速减小，而滤波电路的阻抗Zn迅速增加，因而id 中的主要谐波成份为6次谐波，12次谐波仅为6次谐波的12%以下，18次谐波仅为6次谐波的3.6%。因此12次及以上的谐波分量可以忽略，同时令 ，这样式(2)可简化为： 由此可得电感电流峰值为

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