电力电子装置的谐波分析_毕业设计论文(编辑修改稿)

电力电子装置的谐波分析_毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

以一 相 电流为例， 则交流侧相电流是 正负半周各 为120的方波，正负半波间隔为 60[3]。 iaid LdR0eaebec 图 三相 全控整流电路 兰州交通大学毕业设计（论文） 7  udea bea ceb ceb aec aec bea bea cO tOiaIdπ6 t 图 三相桥式全控整流 电路的电压 及 电流 波形 以 a 相电流为例，将图 所示所示的电流 ia 分解为傅立 叶级数，可得： addd611 , 2 , 3 ,1611 , 2 , 3 ,2 3 1 1 1 1= s in s in 5 s in 7 s in 1 1 + s in 1 3π 5 7 1 1 1 32 3 2 3 1= s in ( ) s inπ π2 s in ( ) 2 s inknkkknnkki I t t t t tI t I n tnI t I n t          11 () 若以 a 相电压过零点为时间零点，则有： ad2 3 1 1= s i n ( ) s i n 5 ( ) s i n 7( )π 57i I t t t            () 根据 式 和 式 可得出，不论时间原点的位置取在哪里，因为波形未变，所以基波和各次谐波的幅值也不变，只是如果时间原点左移了  角，则基波初相角减少了 ，各次谐波分量的初相角减少了 n。 由式 可得电流基波和各次谐波有 效值分别为： 1dd6π6 ( 6 1 1 , 2 , 3 , )πnIII I n k kn       ， () 由式 可以得到以下的结论：电流中仅含有 6k 1(k 为正整数 )次谐波，各次谐波有效值与谐波次数成反比，且与基波有效值的比值为谐波次数的倒数。 ② 半控整流电路 兰州交通大学毕业设计（论文） 8 有时 在 工矿企业中采用比三相全控桥更为简单的电路 [4,5]，即三相 桥式 半控整流电路如图 (a)所示， 即 用一组二极管代替一组晶闸管。 为控制方便，共阴极组采用晶闸管，共阳极采用二极管。 当  =0，其工作方法与全控桥一样。 当  不太大，输出电压仍连续时，共阴极晶闸管需要经触发脉冲才能导通换相，而共阳极的二极管则在自然换相点处换相。 如果负载电感足够大，电流为恒稳直流 ， 其情况与全控桥时相似，各相电流正负半波各为 120，但正负半波间隔不再是 60，而是 60  与 60+ 。 在  较大时，为 完善电路工作性能，有时在负载端接 续流二极管，其电路如 图 (b)所示。 接入续流二极管后，当   60，输出电压波形连续，续流二极管不工作，分析与没有续流二极管 时 相同，整流电压与直流侧电流波形如图 (a)所示。 当   60时，整流电压波形不再连续，由于电感的作用，负载电流仍为持续的恒稳直流，晶闸管和二极管在 每个周期内导通 180  ，其余时间为续流二极管导通以维持负载电流连续。 即续流二极管导通时间为 =3 180。 a 相电流正、负半波均是底为 180  ，高为 Id 的方波，正、负半波间隔分别为  60与 + 60，整流电压和直流侧电流波形如图 (b)所示。 iaid LdR0eaebec aid LdRebc (a) 直流侧 不接 续流 二极管 (b) 直流侧接 续流二极管 图 三相 桥式 半控整流电路 α eee eeeeeId ta bb c b a c a c ba ba ca cα e e e e e e eeia2π3Id t t tiaa bb c b a c a c b a b a ca c π udud (a)   60 (b)   60 图 三相桥式半控整流电路的 电压、电流 波形 兰州交通大学毕业设计（论文） 9 以 a 相电流为例。 设 60 180， 将图 (b)所示的电流 ia 分解为傅立 叶级数 ，得到基波和各次谐波有效值的统一表达式。 1d2 πs in 1 ( 1 ) c o s ( 3 , 1 , 2 , 3 )π 3 nn I nI n n k kn       () 令 n=1，代入式 可得基波和各次谐波电流有效值为： d11d3 1 + c o sπ2 πsin 1 ( 1 ) c o s ( 3 , 1 , 2 , 3 )π 3nnIII nI n n k kn        () 当计算出的谐波电流为负值时，取其绝对值即可。 根据式 可得出如下结论：电流中 =3nk次的 谐波 不存在。 除 含有 61k 次的特征谐波外，电流中还含有 62k 的非特征谐波。 ③ 不 控整流电路 三相桥式不控整流电路其实质就是把三相全控桥中的晶闸管全部换成二极管，电路图如图 所示。 iaid LdR0eaebec 图 三相桥式不控整流电路 由图 可知，其谐波分析与对应的全控整流桥一致，相当于  =0时的特殊情况，即可得出三相 桥式 不控整流电路的基波和各次谐波电流表达式分别为： 1dd6π6 ( 6 1 1 , 2 , 3 , )πnIII I n k kn       ， 计及换相过程的情 形 计及换相过程但忽略 直流侧电流脉动，就是考虑交流侧电 抗不为零，但直流电感仍兰州交通大学毕业设计（论文） 10 假设为 无穷大 [6]。 本 文 以三相 桥式 全控 整流电路为 例 进行 分析推导。 计及换相过程 但忽略直流脉动的 三相 桥式 整流电路 在阻感负载时电路 如图 所示， LB 为各相交流侧电感。 icid LdRia0eaebecLBV T 1 V T 3 V T 5V T 4 V T 6 V T 2ud 图 计及换相过程的三相 桥式全控整流 电路 假设电源为三相平衡正弦电压，取 VT6 导通，从 VT5 向 VT1 换相的情况，由于交流侧电感的存在，交流电流不能突变，换相过程 ia 从零增大到 Id，换相完成。 此过程如图 所示，以触发延迟角  处为时间零点，则有： ambmcmπ π= sin( ) = 2 sin( )6611= sin( π ) = 2 sin( π )2255= sin( π ) = 2 sin( π )66e E t E te E t E te E t E t                       ta bb c b a c a c b a b a ca cω t = 0 eee eeeee tIdia0ud 图 计及换相过程的三相 桥式 全控整流波形 换相过程应满足如下方程 兰州交通大学毕业设计（论文） 11 caB a c Ba c ma c dcddd=dd= 3 s i n( ) 6 s i n( )( 0 )iiL e Ltte E t E ti i IiI        () 求解 式 的 方程 组， 可以 得出：   aBcdB6= c o s c o s( )26= c o s c o s( )2EitXEi I tX         () 其 中 ， BX 为 交流侧电抗， BB=XL。 另外， 根据图 可以得到如下关系式：  d B6= c o s c o s ( )2 EItX    () 其 中 ，  为 换相重叠角。 经过以上分析计算 ，交流侧电流各段时间的表达式可以 用式 与 式 得出 ，以 a 相电流的正半周期为例，其表达式如下 ：   BBaB6c os c os( ) ( 0 )262 πc os c os( ) ( )23=62 π 2 π 2 πc os( ) c os( ) ( )2 3 3 32 π( π )30EttXEtXiEttXt                             () 对式 进行傅立 叶分解，得到 a 相电流的基波和各次谐波电流有效值的 表达式分别为： 122 2d1s in 2 s in c o s ( 2 )6=2 π c o s c o s ( )II          () 兰州交通大学毕业设计（论文） 12 1222B1 1 1 1si n si n si n si n3 2 2 2 22 c os( 2 )π 1 1 1 1nn n n nEIn X n n n n                                                       () 其中， n=6k 1， k 为正整数。 由 式 和 式 可得如下结论： 交流侧 电流中除 含有 基波外，仍然只含有 61k (k为正整数 )次谐波。 计及直流侧电流脉动时的 情形 考虑 直流侧电流的脉动，即考虑直流侧电感量为有限值。 这里又分为是否忽略换相过程这两种情况，以下将以三相桥式 全控 整流电路为例，分别 推导一种近似计算交流侧电流 谐波的 公式。