本文關(guān)鍵詞：三相半橋并聯(lián)整流系統(tǒng)網(wǎng)側(cè)諧波的直流側(cè)抑制技術(shù)研究

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【摘要】：三相半橋并聯(lián)整流系統(tǒng)的電流回路僅有一個(gè)管壓降,導(dǎo)通損耗小,因而被廣泛應(yīng)用于電解、電鍍和電加熱等低壓大電流工業(yè)場(chǎng)合。但整流器件的強(qiáng)非線性使其向電網(wǎng)注入大量電流諧波,且因換相重疊的存在產(chǎn)生電壓陷波,形成嚴(yán)重的諧波污染。因此在保持三相半橋并聯(lián)整流系統(tǒng)原有優(yōu)勢(shì)的前提下,尋求一種低復(fù)雜度、高效率的諧波抑制方法已成為一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。為此,本文針對(duì)三相半橋并聯(lián)整流系統(tǒng)采用直流側(cè)抑制網(wǎng)側(cè)諧波的技術(shù)途徑,開(kāi)展新型無(wú)源脈波倍增諧波抑制方法、基于有源平衡電抗器的諧波抑制方法、直流側(cè)抑制網(wǎng)側(cè)諧波機(jī)理及整流系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的研究。為了解決常規(guī)抽頭式無(wú)源脈波倍增電路抽頭上的二極管串聯(lián)在負(fù)載通路,不宜應(yīng)用低壓大電流場(chǎng)合的問(wèn)題,發(fā)明了一種帶副邊繞組及全波整流器的平衡電抗器(Secondary-side Full-wave Rectification Inter-phase Reactor,SFRIR),來(lái)構(gòu)成一種新型無(wú)源脈波倍增電路。SFRIR使得輸入電流波形的階梯數(shù)和輸出電壓的脈波數(shù)倍增,顯著降低了輸入電流的THD和輸出電壓紋波。通過(guò)分析SFRIR副邊繞組輸出電壓與整流電路輸出電壓的關(guān)系,給出了SFRIR倍增脈波數(shù)的必要條件。根據(jù)交直流側(cè)電流關(guān)系,建立了SFRIR匝比與輸入電流THD之間的數(shù)學(xué)模型,利用該模型得出了SFRIR倍增整流電路脈波數(shù)的最優(yōu)匝比。在最優(yōu)匝比條件下,SFRIR的引入完全抵消了雙反星形整流電路輸入電流中的6k±1次諧波或四星整流電路輸入電流中的12k±1次諧波。但是,SFRIR僅能抵消輸入電流中的部分特征次諧波,為了抑制輸入電流中的所有特征次諧波,提出了一種基于有源平衡電抗器(Active Inter-phase Reactor,AIPR)技術(shù)的三相半橋并聯(lián)整流器網(wǎng)側(cè)諧波抑制方法。根據(jù)交直流側(cè)電流關(guān)系,分析了消除網(wǎng)側(cè)電流諧波的環(huán)流類(lèi)型,并給出了環(huán)流的波形參數(shù)。建立了直流側(cè)環(huán)流與其網(wǎng)側(cè)對(duì)應(yīng)電流之間的數(shù)學(xué)模型,揭示了三角波環(huán)流抑制網(wǎng)側(cè)諧波的作用機(jī)理,即AIPR所產(chǎn)生的環(huán)流流經(jīng)交流側(cè)時(shí),其所含諧波成分與原整流電路輸入電流中相應(yīng)次數(shù)諧波幅值近似相等、但符號(hào)相反,抵消了輸入電流中的大部分諧波。分析了三角波環(huán)流對(duì)系統(tǒng)換相過(guò)程的改善作用,它不僅顯著減小了換相重疊,而且完全消除了變壓器漏感產(chǎn)生的輸出換相壓降。明確了直流側(cè)抑制網(wǎng)側(cè)諧波對(duì)系統(tǒng)磁性器件容量的影響,給出了一種具有諧波抑制能力的整流電路設(shè)計(jì)方法。分析了諧波抑制后整流單元的輸出特性,由分析結(jié)果可知,SFRIR不僅增加了整流單元的輸出電壓,而且增加了整流單元的輸出電流;AIPR不改變整流單元的輸出電壓,但增加了整流單元的輸出電流,SFRIR和AIPR的加入都會(huì)增加系統(tǒng)磁性元件的容量。計(jì)算了基于SFRIR和AIPR的三相半橋并聯(lián)整流電路中磁性元件(變壓器、平衡電抗器和帶副邊的平衡電抗器)的等效容量,通過(guò)與常規(guī)三相半橋并聯(lián)整流電路對(duì)比,SFRIR和AIPR的引入會(huì)使磁性器件的容量小幅增加。構(gòu)建了基于SFRIR和AIPR的三相半橋并聯(lián)整流電路的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),測(cè)試分析了系統(tǒng)的諧波抑制性能。驗(yàn)證了SFRIR對(duì)直流側(cè)電流的調(diào)制作用和脈波倍增功能,分析了輸入電壓和負(fù)載變化對(duì)基于SFRIR的三相半橋并聯(lián)整流電路諧波抑制性能的影響。通過(guò)分析環(huán)流提取電路的輸入特性,明確了AIPR中諧波對(duì)應(yīng)能量的流向,給出了AIPR的選型和工作原理。驗(yàn)證了環(huán)流對(duì)系統(tǒng)換相過(guò)程的改善作用,實(shí)驗(yàn)分析了輸入電壓和負(fù)載變化對(duì)基于AIPR的三相半橋并聯(lián)整流系統(tǒng)網(wǎng)側(cè)諧波抑制性能的影響。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：TM461

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