（控制理論與控制工程專業(yè)論文）軟起動(dòng)器的諧波抑制方法研究.pdf

中文摘要 三相異步電動(dòng)機(jī)以其成本低、可靠性高和便于維護(hù)等特點(diǎn)，在各種工礦領(lǐng)域被 廣泛應(yīng)用。針對(duì)其起動(dòng)時(shí)存在起動(dòng)電流過大的缺點(diǎn)，本文對(duì)基于三相交流調(diào)壓的異 步電機(jī)軟起動(dòng)方法進(jìn)行了分析，仿真結(jié)果表明軟起動(dòng)方式可以有效實(shí)現(xiàn)三相異步電 動(dòng)機(jī)的限流起動(dòng)。該軟起動(dòng)方式的主電路使用晶閘管實(shí)現(xiàn)交流調(diào)壓，在工作過程中 會(huì)產(chǎn)生諧波，破壞電網(wǎng)電能質(zhì)量。為有效改善電網(wǎng)電能質(zhì)量，本文采用有源濾波方 式來降低諧波危害。 有源電力濾波器彌補(bǔ)了傳統(tǒng)無源濾波器的不足，能夠?qū)︻l率和幅值均發(fā)生變化 的諧波和無功電流進(jìn)行補(bǔ)償，因而得到快速的發(fā)展。有源電力濾波器的兩大關(guān)鍵技 術(shù)是諧波與無功電流的檢測和補(bǔ)償電流控制，因此諧波電流檢測技術(shù)對(duì)提高有源電 力濾波器的性能具有重要意義。 本文介紹了有源電力濾波器裝置的工作原理，研究了基于瞬時(shí)無功功率理論的 諧波電流檢測法，針對(duì)其僅適用于三相三線制的局限性，將單位功率因數(shù)的概念引 入有源電力濾波器的控制中，全面論述了基于單位功率因數(shù)的諧波和無功電流檢測 技術(shù)，該檢測技術(shù)適用于各種電路結(jié)構(gòu)，電源或負(fù)載不平衡時(shí)也同樣適用。 使用m a t l a b 軟件對(duì)兩種諧波電流檢測法進(jìn)行建模和仿真研究，仿真結(jié)果表明基 于單位功率因數(shù)的諧波電流檢測法的正確性和有效性。 本文還考慮工作環(huán)境的突變對(duì)基于單位功率因數(shù)諧波電流檢測法的影響，仿真 結(jié)果表明在工作環(huán)境發(fā)生突變時(shí)，該方案仍然能夠準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)檢測出負(fù)載基波電流 和諧波電流，具有良好的跟蹤性能。因此，滿足有源電力濾波器對(duì)諧波電流檢測實(shí) 時(shí)性、準(zhǔn)確性的需要。 最后，采用基于單位功率因數(shù)諧波電流檢測法的有源電力濾波器對(duì)以軟起動(dòng)模 型為諧波源的非線性負(fù)載工作過程進(jìn)行了仿真研究，仿真結(jié)果表明有源電力濾波器 可以有效抑制諧波電流對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量的破壞，驗(yàn)證了基于單位功率因數(shù)諧波電流 檢測法有源電力濾波器的可行性。 關(guān)鍵字：軟起動(dòng)；諧波電流檢測；瞬時(shí)無功功率理論；單位功率因數(shù)；仿真 a b s t r a c t t h r e e - p h a s ea s y n c h r o n o u sm o t o rh a sb e e nu s e dw i d e l yi na l lk i n d so f i n d u s t r i a lf i e l d sa n dm i n ea r e a sb e c a u s eo ft h e i rl o wc o s t ，h i g hr e l i a b i l i t ya n d e a s ym a i n t e n a n c ef e a t u r e s f o ri t ss t a r t u pp r o c e s se x i s tt o om u c hs t a r t i n g c u r r e n t ，t h i sp a p e ra n a l y z et h et h r e e p h a s ea s y n c h r o n o u sm o t o rs o f t s t a r t m e t h o dw h i c hb a s e do n t h r e e p h a s ev o l t a g e m o d u l a t i o n c i r c u i t ，t h e s i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a t t h i ss o f t s t a r tm e t h o dc a ne f f e c t i v e l y1 i m i t t h r e e p h a s ea s y n c h r o n o u sm o t o r ss t a r tc u r r e n t s i n c et h em a i nc i r c u i to ft h e s o f ts t a r t e ru s ep o w e re l e c t r o n i cd e v i c e st or e a l i z ev o l t a g e m o d u l a t i o n ，s ot h i s m e t h o dw i l lb ep r o d u c i n gh a r m o n i c si nt h ec o u r s eo ft h e i rw o r k ，w h i c h a f f e c t st h eq u a l i t yo fe l e c t r i cp o w e re n e r g y i no r d e rt oe f f e c t i v e l yi m p r o v e t h eq u a l i t yo fe l e c t r i cp o w e re n e r g y , t h i sp a p e ru s i n ga c t i v eh a r m o n i cf i l t e r i n g m e t h o dt or e d u c et h eh a r mo fh a r m o n i c s a c t i v ep o w e rf i l t e rw h i c hm a k e su pt h es h o r t c o m i n g so ft h et r a d i t i o n a l p a s s i v e f i l t e rc a nc o m p e n s a t e st h eh a r m o n i ca n dr e a c t i v ec u r r e n tw h i c h f r e q u e n c ya n da m p l i t u d ea r ev a r i a t i o n t h e r e f o r et h i sd e v i c er a p i d l ym a k e s m o r ew i d e s p r e a di nl o t so ff i e l d s t h et w ok e yt e c h n o l o g i e so fa c t i v ep o w e r f i l t e ra r eh a r m o n i ca n dr e a c t i v ec u r r e n td e t e c t i o n ，a n dc o m p e n s a t i o nc u r r e n t c o n t r o l ，t h e r e f o r ei t sv e r ys i g n i f i c a n c et oc h o o s eh a r m o n i cc u r r e n td e t e c t i o n t e c h n i q u ef o ri m p r o v i n gt h ep e r f o r m a n c eo f a c t i v ep o w e rf i l t e r t h i sp a p e rd e s c r i b e st h ea c t i v ep o w e rf i l t e rd e v i c ew o r k i n gp r i n c i p l e ， r e s e a r c ht h eh a r m o n i cc u r r e n td e t e c t i o nm e t h o dw h i c hb a s e do nt h e i n s t a n t a n e o u sr e a c t i v ep o w e rt h e o r y , i nt h ev i e wo ft h el i m i t a t i o n so ft h i s m e t h o d ，t h ep a p e ri n t r o d u c e st h ec o n c e p to fu n i t yp o w e rf a c t o rt ot h ec o n t r o l o fa c t i v ep o w e rf i l t e r , d e s c r i b e st h eh a r m o n i cc u r r e n td e t e c t i o nm e t h o db a s e d o nu n i t yp o w e rf a c t o ri nd e t a i l ，t h i sd e t e c t i o nt e c h n i q u ea p p l i e dt oav a r i e t yo f c i r c u i ts t r u c t u r e a p p l ym a t l a bs o f t w a r e t os i m u l a t i o nt h et w oh a r m o n i cc u r r e n t d e t e c t i o nm e t h o d s t h er e s u l t ss h o wt h a tt h eh a r m o n i cc u r r e n td e t e c t i o n m e t h o dw h i c hb a s e do nu n i t yp o w e rf a c t o ri sc o r r e c t l ya n dm o r ee f f e c t i v e l y i l l t h i sp a p e ra l s oc o n s i d e rt h ei n f l u e n c eo nt h eh a r m o n i cc u r r e n td e t e c t i o n m e t h o dw h i c hb a s e do nu n i t yp o w e rf a c t o rw h e nt h ew o r ke n v i r o n m e n t m u t a t i o n t h es i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a tt h i sp r o g r a ms t i l lb ea b l et o a c c u r a t e ，r e a l - t i m ed e t e c t i o no ft h el o a df u n d a m e n t a lc u r r e n ta n dh a r m o n i c c u r r e n tw h e nt h ew o r ke n v i r o n m e n tm u t a t i o n i th a sa g o o dt r a c k i n g p e r f o r m a n c e f i n a l l y , t h i sp a p e ru s et h ea c t i v ep o w e rf i l t e rw h i c hh a r m o n i cc u r r e n t d e t e c t i o nm e t h o db a s e do nu n i t yp o w e rf a c t o rt o s i m u l a t i o n ，a n dt h e n o n l i n e a r1 0 a db a s e do nt h es o f t s t a r tm o d e l t h es i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a t t h ea c t i v ep o w e rf i l t e rc a ne f f e c t i v e l ys u p p r e s st h eh a r mo fh a r m o n i cc u r r e n t t ot h eq u a l i t yo fe l e c t r i cp o w e re n e r g y , a n ds h o wt h ef e a s i b i l i t yo fa c t i v e p o w e rf i l t e rw h i c hh a r m o n i cc u r r e n td e t e c t i o nm e t h o db a s e do nu n i t yp o w e r f a c t o r k e yw o r d s ：s o f ts t a r t e r ；h a r m o n i cc u r r e n td e t e c t i o nm e t h o d ；i n s t a n t a n e o u s r e a c t i v ep o w e rt h e o r y ；u n i t yp o w e rf a c t o r ；s i m u l a t i o n i v 聲明尸明 本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下， 獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文 不包含其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的科研成果。對(duì)本文的研究 做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本聲明的 法律責(zé)任由本人承擔(dān)。 作者繇娶霪壘隰絲導(dǎo)。 匹 關(guān)于學(xué)位論文使用權(quán)的說明 本人完全了解太原科技大學(xué)有關(guān)保管、使用學(xué)位論文的規(guī)定，其 中包括：學(xué)校有權(quán)保管、并向有關(guān)部門送交學(xué)位論文的原件、復(fù)印 件與電子版；學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印或其它復(fù)制手段復(fù)制并保存 學(xué)位論文；學(xué)?？稍试S學(xué)位論文被查閱或借閱；學(xué)校可以學(xué)術(shù)交 流為目的，復(fù)制贈(zèng)送和交換學(xué)位論文；學(xué)?？梢怨紝W(xué)位論文的全 部或部分內(nèi)容( 保密學(xué)位論文在解密后遵守此規(guī)定) 。 儲(chǔ)簽名：狴：日瓤一型孚上塹一一 導(dǎo)師簽名：絲：叁毒壘日期：二二i ：豎 第一章緒論 第一章緒論 1 1 三相異步電機(jī)的起動(dòng)問題 隨著社會(huì)生產(chǎn)的日益發(fā)展，三相交流異步電動(dòng)機(jī)作為重要的驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以 其結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、低成本等突出優(yōu)點(diǎn)在工業(yè)、交通以及日常生活中作為重要 的動(dòng)力裝置被廣泛的應(yīng)用【1 1 。據(jù)國家有關(guān)部門統(tǒng)計(jì)，我國生產(chǎn)的電力約有6 0 供電 動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。 在交流傳動(dòng)系統(tǒng)中，當(dāng)三相異步電動(dòng)機(jī)定子繞組接入電源，電動(dòng)機(jī)從靜止?fàn)顟B(tài) 轉(zhuǎn)動(dòng)起來，然后升速到穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)的過程，稱為起動(dòng)過程，簡稱起動(dòng)。對(duì)電動(dòng)機(jī) 的起動(dòng)，歸納起來有以下幾個(gè)方面要求： ( 1 ) 起動(dòng)電流倍數(shù)要盡可能??； ( 2 ) 起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)要盡可能大； ( 3 ) 起動(dòng)設(shè)備應(yīng)盡可能的簡單、經(jīng)濟(jì)、可靠，起動(dòng)操作方便； ( 4 ) 起動(dòng)過程中的功率損耗應(yīng)盡可能的少。 傳統(tǒng)的直接起動(dòng)( 全壓起動(dòng)) 是用閘刀開關(guān)或接觸器把電動(dòng)機(jī)的定子繞組直接接 到額定電壓的電網(wǎng)上。直接起動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是操作和起動(dòng)設(shè)備簡單、維護(hù)方便且起動(dòng)速 度快。但是直接起動(dòng)的危害很大，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面【2 】： ( 1 ) 電網(wǎng)沖擊：過大的起動(dòng)電流( 起動(dòng)電流可達(dá)額定電流的4 7 倍，嚴(yán)重時(shí)可達(dá) 十倍以上) 。這會(huì)造成電網(wǎng)電壓下降，影響其他用電設(shè)備的正常運(yùn)行；某些情況下還 可能使欠壓保護(hù)動(dòng)作，造成設(shè)備的有害跳閘。 ( 2 ) 機(jī)械沖擊：過大的沖擊轉(zhuǎn)矩往往造成電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子籠條、端環(huán)斷裂和定子端部 繞組絕緣磨損，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)發(fā)生事故。 ( 3 ) 對(duì)生產(chǎn)設(shè)備造成沖擊：起動(dòng)過程中的壓力突變往往造成管道、閥門的損傷， 影響傳動(dòng)精度，對(duì)正常的過程控制產(chǎn)生不良影響。 直接全壓起動(dòng)的這些缺點(diǎn)都給設(shè)備的安全可靠運(yùn)行帶來潛在威脅，同時(shí)也造成 很大的起動(dòng)能量損耗，尤其當(dāng)頻繁起停時(shí)更是如此。 為了解決直接起動(dòng)帶來的問題，技術(shù)人員研究了多種降壓起動(dòng)方式，其中普遍 應(yīng)用的有自耦降壓起動(dòng)，串電抗器起動(dòng)，星角起動(dòng)和延邊三角形起動(dòng)等。這些起動(dòng) 方式降低了加載定子繞組的電壓，起到了定的限流作用，但由于傳統(tǒng)起動(dòng)設(shè)備都 有切換觸點(diǎn)，仍然存在以下問題： ( 1 ) 依靠接觸器來切換電壓以達(dá)到降壓目的，無法從根本上解決起動(dòng)瞬間的電流 1 軟起動(dòng)器的諧波抑制方法研究 沖擊； ( 2 ) 存在二次沖擊電流，對(duì)負(fù)載產(chǎn)生沖擊轉(zhuǎn)矩； ( 3 ) 接觸器帶載切換，容易造成接觸器觸電拉弧損壞。 傳統(tǒng)的起動(dòng)方法適合于中小型電機(jī)起動(dòng)過程的控制。對(duì)于大功率的電動(dòng)機(jī)而言， 起動(dòng)效果不佳。近三十多年來，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，電力半導(dǎo)體開關(guān)實(shí)現(xiàn)了 無電弧開關(guān)和電流的連續(xù)調(diào)節(jié)。2 0 世紀(jì)7 0 年代由英國人發(fā)明并推廣利用晶閘管調(diào)壓 技術(shù)的軟起動(dòng)器( 也稱s o f ts t a r t e r ) ，這種軟起動(dòng)器主電路使用晶閘管三相交流調(diào)壓 電路，通過對(duì)晶閘管的導(dǎo)通角的控制來實(shí)現(xiàn)調(diào)壓電路輸出電壓有效值的改變。在電 機(jī)起動(dòng)時(shí)，控制晶閘管控制角的大小，就可使加在電機(jī)上的電壓和起動(dòng)電流根據(jù)設(shè) 定的規(guī)律進(jìn)行變化。 軟起動(dòng)方式的實(shí)質(zhì)是降壓起動(dòng)，其優(yōu)點(diǎn)是無機(jī)械觸點(diǎn)，起動(dòng)電壓和起動(dòng)電流可 調(diào)，解決了異步電機(jī)起動(dòng)過程中的起動(dòng)電流高、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩小的問題。但是隨著電力 電子裝置的廣泛使用，其工作時(shí)產(chǎn)生的諧波危害也目益為人們關(guān)注。在各種電力電 子裝置的廣泛使用之前，最主要的諧波源是電力變壓器的勵(lì)磁電流，其次是發(fā)電機(jī)； 在電力電子裝置的大量使用之后，它已成為最主要的諧波源。大多數(shù)電力電子裝置 功率因數(shù)低，工作過程中產(chǎn)生的大量諧波嚴(yán)重影響了供電質(zhì)量，對(duì)各種電力設(shè)備、 通信設(shè)備及線路都會(huì)產(chǎn)生有害的影響，嚴(yán)重時(shí)會(huì)損壞設(shè)備，直接影響了生產(chǎn)的安全 和人們的正常生活。 1 2 諧波問題 1 2 1 諧波及其產(chǎn)生 在國際電工標(biāo)準(zhǔn)中定義：“諧波是一個(gè)周期電氣量的正弦波分量，其頻率為基波 頻率的整數(shù)倍”。由于頻率是基波頻率的整數(shù)倍數(shù)，我們也常稱諧波為高次諧波。對(duì) 諧波次數(shù)的定義為：“以諧波頻率和基波頻率之比表達(dá)的整數(shù)”。習(xí)慣上，規(guī)定電力 系統(tǒng)工頻為基波頻率，在我國工業(yè)用電基波頻率為5 0 h z 。 在理想的情況下，電力系統(tǒng)應(yīng)提供具有正弦波形的電壓。但實(shí)際供電電壓波形 會(huì)出現(xiàn)由于各種原因出現(xiàn)偏離正弦波的波形，即產(chǎn)生諧波。在供電系統(tǒng)中，諧波產(chǎn) 生的根本原因是電力系統(tǒng)中某些設(shè)備和負(fù)載的非線性特性，這些非線性負(fù)載使所加 的電壓和所產(chǎn)生的電流不成線性關(guān)系。這些非線性負(fù)載工作時(shí)向電網(wǎng)反饋高次諧波， 使供電系統(tǒng)的電壓、電流波形發(fā)生畸變。 電力系統(tǒng)中的諧波源主要是大量的非線性設(shè)備和負(fù)荷。按其非線性特性主要有 2 第一章緒論 三大類： ( 1 ) 電磁飽和型：各種鐵芯設(shè)備，其鐵磁飽和特性為非線性。如電抗器等。 但) 電弧型：各種電弧焊機(jī)以及煉鋼設(shè)備等。如在電弧爐中，對(duì)原料加熱時(shí)三相 電極很難同時(shí)接觸到高低不平的爐料，使燃燒不穩(wěn)定，會(huì)引起三相負(fù)荷不平衡，從 而產(chǎn)生的諧波電流注入電網(wǎng)。 ( 3 ) 電子開關(guān)型：主要是以整流器、逆變器為代表的各種交直流變流裝置以及晶 閘管可控開關(guān)設(shè)備等。如晶閘管整流裝置采用移相控制技術(shù)，從正弦波形的電網(wǎng)中 吸收的是缺角的正弦波，從而給電網(wǎng)留下另一部分缺角的正弦波形，使得留下部分 的波形嚴(yán)重偏離正弦形態(tài)，含有大量的諧波。經(jīng)統(tǒng)計(jì)【2 】，由整流裝置產(chǎn)生的諧波占所 有諧波的近4 0 。 1 2 2 諧波的危害 諧波對(duì)電力系統(tǒng)是有害的，其主要危害包括【4 1 ： ( 1 ) 增加輸電、供電設(shè)備以及用電設(shè)備的額外附加損耗。頻率為基波頻率整數(shù)倍 的諧波電流流過導(dǎo)體時(shí)，由于“集膚”效應(yīng)，使導(dǎo)體對(duì)諧波電流的電阻增大，從而 增加了設(shè)備的損耗，使設(shè)備發(fā)熱嚴(yán)重； ( 2 ) 影響用電設(shè)備的繼電保護(hù)裝置和自動(dòng)裝置的動(dòng)作和可靠性。電力系統(tǒng)中的諧 波會(huì)改變保護(hù)繼電器的性能，引起誤動(dòng)作或拒絕動(dòng)作； ( 3 ) 干擾通信系統(tǒng)的正常工作。諧波對(duì)通信系統(tǒng)的干擾是一個(gè)在國際上被十分重 視的問題。電力系統(tǒng)傳輸?shù)墓β室哉淄哂?jì)，而通信系統(tǒng)的功率以毫瓦計(jì)，兩者相差 懸殊，所以，電力線路上流過的幅值較大的諧波電流在磁場耦合作用下，會(huì)引起附 近通信線路的噪聲，降低通話清晰度，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起信號(hào)的丟失，影響通信系統(tǒng)的 正常工作。 1 2 3 諧波研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 研究諧波的意義，首先是因?yàn)榇罅侩娏﹄娮友b置的成熟使用，使得諧波的危害 日益突出。對(duì)電力系統(tǒng)而言，大量的諧波使電能的產(chǎn)生、傳輸和利用效率降低，用 電設(shè)備的渦流損耗因電流中高頻成分的增加而增大，引起設(shè)備過熱，縮短設(shè)備使用 壽命，嚴(yán)重時(shí)甚至發(fā)生設(shè)備損毀。對(duì)電力系統(tǒng)外部，諧波對(duì)附近的通訊線路和電子 設(shè)備的工作也會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重干擾。 其意義還在于其對(duì)電力電子技術(shù)自身發(fā)展的影響。電力電子技術(shù)是未來科學(xué)技 術(shù)發(fā)展的重要支柱。然而，電力電子裝置所產(chǎn)生的諧波污染問題已成為阻礙電力電 子技術(shù)發(fā)展的重大障礙。如何有效的抑制諧波，推動(dòng)電力電子技術(shù)的發(fā)展，成為科 3 軟起動(dòng)器的諧波抑制方法研究 研工作者的重點(diǎn)研究方向。 電力系統(tǒng)的諧波問題早在2 0 世紀(jì)3 0 年代就引起了人們的關(guān)注。7 0 年代以來， 隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，各種電力電子裝置的廣泛使用，世界各國對(duì)諧波的 危害更加關(guān)重視。許多國家已經(jīng)制定出關(guān)于電力系統(tǒng)和用電設(shè)備諧波和波形畸變的 標(biāo)準(zhǔn)。近年來，國際上有關(guān)諧波的研究更是十分活躍，每年都有大量的論文發(fā)表。 這一方面說明了這一研究的重要性，另一方面也預(yù)示著該領(lǐng)域的研究有望取得重大 突破。 1 3 課題研究內(nèi)容 采用晶閘管交流調(diào)壓方式的電子軟起動(dòng)器實(shí)現(xiàn)平滑、無級(jí)的起動(dòng)電機(jī)，減小起 動(dòng)電流沖擊，在礦山、運(yùn)輸領(lǐng)域被廣泛使用的同時(shí)卻帶來了電網(wǎng)的諧波污染問題。 本文主要內(nèi)容有如下幾個(gè)方面： ( 1 ) 理論分析異步電機(jī)的起動(dòng)過程及軟起動(dòng)器改善異步電機(jī)起動(dòng)性能的原理； ( 2 ) 運(yùn)用m a t l a b 軟件的s i m u l i n k 搭建基于晶閘管交流調(diào)壓電路的軟起動(dòng)系 統(tǒng)的仿真模型，通過對(duì)所搭建系統(tǒng)模型進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真，對(duì)比直接起動(dòng)過程和軟起 動(dòng)過程的性能，直觀反映軟起動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)； ( 3 ) 對(duì)帶阻性負(fù)載的晶閘管三相交流調(diào)壓電路工作過程進(jìn)行詳細(xì)研究，并使用傅 立葉級(jí)數(shù)對(duì)其進(jìn)行諧波理論分析； ( 4 ) 針對(duì)諧波抑制問題，介紹現(xiàn)有的抑制方案，詳細(xì)分析有源電力濾波器的工作 原理和功能結(jié)構(gòu)，建立三相三線制有源電力濾波器的數(shù)學(xué)模型； ( 5 ) 對(duì)廣泛應(yīng)用的基于瞬時(shí)無功功率理論的諧波電流檢測方法進(jìn)行詳細(xì)研究并仿 真分析，針對(duì)其局限性，提出基于單位功率因數(shù)的廣義諧波電流檢測法，進(jìn)行理論 推導(dǎo)和仿真研究，證明該檢測方法的實(shí)用性、可行性； ( 6 ) 以本文設(shè)計(jì)的軟起動(dòng)仿真模型作為諧波源，建立基于單位功率因數(shù)諧波電流 檢測法的有源電力濾波器對(duì)其工作過程進(jìn)行仿真，驗(yàn)證該方案的可行性。 4 第二章交流屯動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)原理及其諧波分析 第二章交流電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)原理及其諧波分析 2 1 交流電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)原理 2 1 1 異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)分析 為了研究異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)的電壓、電流等變量的關(guān)系，需要研究電機(jī)的基于 集中參數(shù)等效的數(shù)學(xué)模型【5 1 。 異步電機(jī)由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成，定子由鐵芯和三相交流繞組組成。轉(zhuǎn)子繞 組是一個(gè)閉合的交流繞組。當(dāng)異步電機(jī)定子三相對(duì)稱繞組流入三相交流電時(shí)，就能 在氣隙內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場。這一磁場同時(shí)匝鏈了定子和轉(zhuǎn)子兩個(gè)繞組，且與轉(zhuǎn)子繞 組之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，則在閉合的導(dǎo)條中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，進(jìn)而形成感應(yīng)電流，轉(zhuǎn)子 繞組的感應(yīng)電流和氣隙旋轉(zhuǎn)磁場相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，這就是三相 異步電動(dòng)機(jī)的基本工作原理【2 】。 異步電機(jī)的穩(wěn)態(tài)t 形等效電路如圖2 1 所示： 五巧x 2 圖2 1 異步電動(dòng)機(jī)等效電路 f i g u r e 2 1t h ee q u i v a l e n tc i r c u i to fa s y n c h r o n o u sm o t o r 其中：，；、五為定子繞組的電阻和漏抗； 巧、蔓為歸算到定子方面的轉(zhuǎn)子繞組的電阻和漏抗； 乙為定子鐵芯損耗所對(duì)應(yīng)的等效電阻； x 。對(duì)應(yīng)與主磁通的勵(lì)磁電抗； 弘為定子相電壓；s 為轉(zhuǎn)差率； l 為勵(lì)磁電流；正為定子電流；e 為轉(zhuǎn)子電流。 要深入了解軟起動(dòng)器的工作原理，必須首先對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)過程進(jìn)行深入 研究，在此基礎(chǔ)上再分析軟起動(dòng)器的特性。 根據(jù)圖2 1 為異步電動(dòng)機(jī)的t 形等效電路： 5 軟起動(dòng)器的諧波抑制方法研究 令互。：蔓+ 屬，z 1 ：+ i x , ，z m ：+ 豇。， s 可推出如下兩個(gè)方程式，即 兩式聯(lián)立求解得 u i = 厶( z j + 乙) + e 乙 正召。+ ( 厶+ e ) z m = 0 ( 2 1 ) 1 + 益1 + 盈 j 產(chǎn)反每一：反( 2 - 2 ) ，產(chǎn)u ；卜= u 爭l 互+ ( 1 + i 爭) 乏。z 1 + c l 互， - m j ：五 ：反( 2 - 3 )一，2 = u - = u 一 z 1 + ( 1 + 爭) 乏，z l + c l 乏， 。m 式中c 1 是復(fù)數(shù)系數(shù)， c i = i + f z l 穗 ( 2 4 ) 在異步電機(jī)中，由于 x 1 ， ，若略去和，則復(fù)數(shù)系數(shù)c l 就簡化為 常數(shù)q ，即q = 1 + 玉。將q 帶入式( 2 3 ) ，則轉(zhuǎn)子電流可以表示為： e 2 f 麗u 1 ( 2 - 5 ) 在剛起動(dòng)時(shí)，n = o ，s = l ，旋轉(zhuǎn)磁場以同步轉(zhuǎn)速切割轉(zhuǎn)子繞組，在轉(zhuǎn)子繞組上感 應(yīng)有較大的電勢，產(chǎn)生較大的轉(zhuǎn)子電流，從而定子繞組也有較大電流。由于激磁電 流相對(duì)較小，可略去不計(jì)，c l 也很接近1 。所以在( 2 - 5 ) 式中，令e i = 1 、s = 1 ，即可求 得起動(dòng)電流： 驢弘麗贏r 2 蕭j 。2 q 石) v 7 l 十 ，1 - 11 -j 由式( 2 - 6 ) 可以看出，電機(jī)起動(dòng)時(shí)，起動(dòng)電流大小僅由定子電壓、電阻和漏抗決 定。根據(jù)電機(jī)學(xué)原理介紹可知：三相異步電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩簡化表達(dá)式為： 第二章交流電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)原理及其諧波分析 l ：墨：1 3 n p 蜘, ：蔓：t 掣盟_ ( 2 - 7 ) lc o l s 0 9 1i ( ，i + c 1 2 ) 2 + ( 五+ q 五) 2i l j j 式( 2 - 7 ) 中，己為電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩，為同步角頻率，刀。是磁極對(duì)數(shù)。上式說明， 當(dāng)轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)差率一定時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩與定子電壓的平方成正比。 起動(dòng)時(shí)，令式( 2 - 7 ) 中q = l 、s = l ，可得 l 2 署u 2 雨赫( x 1 ( 2 - 8 ) l( + 砭) 。+ x ；) 由上述可知，對(duì)起動(dòng)電流和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩兩個(gè)方面的要求是衡量一步電機(jī)的起動(dòng)特 性的主要標(biāo)志；即希望電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)時(shí)能產(chǎn)生足夠的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，又希望起動(dòng)電流不 要太大，軟起動(dòng)器的主要目的就是控制和調(diào)節(jié)電機(jī)起動(dòng)時(shí)的起動(dòng)電流和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。 2 1 2 軟起動(dòng)設(shè)計(jì)原理 電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)是一種連續(xù)無級(jí)限流升壓的起動(dòng)方式，通過程序控制三對(duì)反并聯(lián) 的晶閘管的導(dǎo)通角，實(shí)現(xiàn)在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)定子電壓由某個(gè)初始值逐漸上升，并在電 壓上升的過程中，限制起動(dòng)電流的增加，實(shí)現(xiàn)小電流起動(dòng)，大電流工作。 軟起動(dòng)器主電路原理圖如圖2 2 所示，其中軟起動(dòng)器的功率器件既可用三只雙向 晶閘管也可用三對(duì)反并聯(lián)晶閘管來實(shí)現(xiàn)。這兩種方法在使用上各有優(yōu)劣：雙向晶閘 管由于只有一個(gè)門極，且正負(fù)脈沖均能觸發(fā)，所以使得主電路的設(shè)計(jì)更加簡化，觸 發(fā)電路設(shè)計(jì)也更加靈活，但其工作的可靠性要低于單向晶閘管。而對(duì)普通晶閘管的 控制則比較簡單?；谝陨弦蛩氐木C合考慮，本文使用三對(duì)反并聯(lián)晶閘管作為軟起 動(dòng)器主電路的功率器件。 晶閘管采用相位控制，即在電壓的每一周期，通過調(diào)整晶閘管的控制角，實(shí)現(xiàn) 負(fù)載與電源的接通，從而得到可以調(diào)節(jié)的輸出電壓。 圖2 2 晶閘管軟起動(dòng)器主電路原理圖 f i g u r e 2 2p r i n c i p l ed i a g r a mo ft h y f i s t o rs o f t s t a r t e rm a i nc i r c u i t 7 軟起動(dòng)器n , 3 i 皆波抑制方法研究 根據(jù)式( 2 6 ) 可得出，通過降低定子電壓或者增大電阻和漏抗可以實(shí)現(xiàn)減小異步 電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流，即實(shí)現(xiàn)降壓起動(dòng)。傳統(tǒng)的降壓起動(dòng)方法有自耦變壓器起動(dòng)、星 三角起動(dòng)和定子串電阻或電抗起動(dòng)等。這幾種降壓起動(dòng)方式雖然起到了一定的降壓 起動(dòng)效果，但它們都屬于有級(jí)起動(dòng)方式，在電壓切換的瞬間會(huì)產(chǎn)生二次電流和轉(zhuǎn)矩 的尖脈沖沖擊，造成起動(dòng)的平滑性不高。 根據(jù)式( 2 6 ) 所示，當(dāng)異步電動(dòng)機(jī)電路參數(shù)不變時(shí)，起動(dòng)電流l 與定子電壓u 的 大小成正比，即1 s t 芘u 1 。所以，在其它參數(shù)保持不變時(shí)，公式( 2 6 ) 可以簡化為： u = 墨l( 2 - 9 ) 根據(jù)式( 2 8 ) ，當(dāng)異步電動(dòng)機(jī)電路參數(shù)不變時(shí)，在一定轉(zhuǎn)速下，電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電 磁轉(zhuǎn)矩瓦，與定子電壓u 的平方成正比，即 瓦= 如u 1 2( 2 1 0 ) 因此，通過改變定子端的外加電壓就可以改變電磁轉(zhuǎn)矩，從而實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 的改變。電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和轉(zhuǎn)矩的關(guān)系可以表示為： j d o ，, ：乃一 ( 2 1 1 ) 其中z 為電機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩。 如果設(shè)定電機(jī)在起動(dòng)，時(shí)間后角速度達(dá)到c o c ， 時(shí)間很短) 的這段時(shí)間內(nèi)可近似線性化處理為： ja 6 0 = 鱗一0 = 婢 l 出= f ，一0 = t 將上式代入式( 2 11 ) 可得 ，等咆一互 綜合式( 2 1 0 ) 可得： 則在氣t ( 考慮實(shí)際電機(jī)起動(dòng)時(shí) 乙= 互u 警= 蚜 u = ( 2 - 1 2 ) ( 2 1 3 ) ( 2 - 1 4 ) 通過式( 2 9 ) 和式( 2 1 4 ) 分析可知，電機(jī)定子外加電壓對(duì)起動(dòng)電流和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩都有 較大影響，要實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)按照設(shè)定的起動(dòng)電流和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩在一定時(shí)間內(nèi)平滑起動(dòng)電 機(jī)的要求，只要對(duì)定子電壓加以控制，使其能夠逐漸上升。電子軟起動(dòng)器就是應(yīng)用 8 第二章交流電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)原理及其諧波分析 電力電子器件( 本文采用晶閘管) 實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載電壓有效值的調(diào)節(jié)，使得輸出電壓能夠滿 足無級(jí)、平滑地調(diào)節(jié)，這樣就可以消除傳統(tǒng)降壓啟動(dòng)裝置觸點(diǎn)切換時(shí)產(chǎn)生的二次電 流和轉(zhuǎn)矩的沖擊問題。 2 3 晶閘管三相調(diào)壓電路的諧波分析 2 3 1 帶阻性負(fù)載的晶閘管三相調(diào)壓電路分析 晶閘管交流調(diào)壓電路是交流電力控制器類電力電子裝置的主要電路形式。按照 控制方式的不同，晶閘管調(diào)壓的方式有兩種【4 】：一種是移相控制調(diào)壓，即利用門極脈 沖相位的變化來改變輸出端電壓的幅值；另一種是斬波調(diào)壓，即利用改變?cè)伎?比來改變出端電壓的有效值。晶閘管的工作頻率一般不高，并且晶閘管不能自關(guān)斷， 故在異步電動(dòng)機(jī)調(diào)壓控制中，晶閘管調(diào)壓一般都用相控技術(shù)。經(jīng)過移相調(diào)壓，輸出 電壓波形已不是正弦波，經(jīng)分析可知，輸出電壓諧波在異步電機(jī)中會(huì)引起附加損耗， 產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)等不良影響。 下面，以電阻性負(fù)載為例，分析三相三線制晶閘管調(diào)壓電路的工作過程。三對(duì) 反并聯(lián)晶閘管分別串聯(lián)在三相上，其中陰極連接在一起的三個(gè)晶閘管v 1 、v 3 、v 5 稱為共陰極組；陽極連接在一起的三個(gè)晶閘管v 4 、v 6 、v 2 稱為共陽極組。通過觸 發(fā)電路的輸出來改變晶閘管控制角的大小，從而來控制晶閘管的導(dǎo)通，使得電動(dòng)機(jī) 的端電壓緩慢平穩(wěn)上升。 如圖2 3 所示，由于沒有中線，要保證電路的正常工作，在任何時(shí)刻都必須有兩 個(gè)晶閘管同時(shí)導(dǎo)通形成回路，其中一個(gè)正向?qū)?，另一個(gè)反向?qū)?。為了確保電路 的正常工作，需保證同時(shí)導(dǎo)通的兩個(gè)晶閘管均有觸發(fā)脈沖，可以用兩種方法實(shí)現(xiàn)： 一種是采用寬脈沖觸發(fā)，即脈沖寬度大于6 0 。；另一種是采用雙脈沖觸發(fā)，即在觸發(fā) 某個(gè)晶閘管的同時(shí)，給序號(hào)緊前的晶閘管補(bǔ)發(fā)脈沖，使用兩個(gè)窄脈沖代替寬脈沖。 本文采用雙脈沖觸發(fā)方案。另外，為了保證輸出電壓實(shí)現(xiàn)三相對(duì)稱且有一定的調(diào)節(jié) 范圍，要求晶閘管的觸發(fā)信號(hào)除了必須與相應(yīng)的交流電源有一致的相序外，各觸發(fā) 信號(hào)之間還必須嚴(yán)格地保持一定的相位關(guān)系。例如圖2 3 所示的調(diào)壓電路，六個(gè)晶閘 管門極觸發(fā)相位滿足：共陰極組v 1 、v 3 、v 5 的脈沖相位依次差1 2 0 。，共陽極組v 4 、 v 6 、v 2 的脈沖相位也依次差1 2 0 。；同一相中反并聯(lián)的兩個(gè)晶閘管觸發(fā)脈沖相位相差 1 8 0 4 ，即各晶閘管觸發(fā)脈沖的序列按照v 1 一v 2 一v 3 一v 4 一v 5 一v 6 的順序，依次間 隔6 0 。 確定門極起始控制點(diǎn)，一般從相電壓過零時(shí)刻開始，即觸發(fā)延遲角a = 0 。的點(diǎn)定 9 軟起動(dòng)器的諧波抑制方法研究 在各相電壓過零點(diǎn)，從相電壓由負(fù)變正的零點(diǎn)開始計(jì)算觸發(fā)延遲角僅。隨著a 的增 大，三相交流調(diào)壓電路輸出的電壓有效值不斷的改變。a = 1 5 0 。時(shí)，各相輸出電壓和 電流為零。因?yàn)榭谑歉鶕?jù)相電壓定的，線電壓超前相電壓3 0 。，在a 1 5 0 。時(shí)，雖然 可以使得兩相的兩個(gè)晶閘管都有觸發(fā)脈沖，但此時(shí)線電壓卻為零且即將變?yōu)樨?fù)值， 晶閘管是不能導(dǎo)通的，故電阻負(fù)載時(shí)，觸發(fā)延遲角a 的移相范圍為0 。1 5 0 。 圖2 3 帶阻性負(fù)載的三相三線制調(diào)壓電路 f i g u r e 2 3t h r e e - p h a s et h r e e - w i s ev o l t a g er e g u l a t o rc i r c u i tw i t hr e s i s t a n c el o a d 對(duì)于圖2 3 所示的三相三線調(diào)壓電路，以a 相電壓的過零點(diǎn)作為時(shí)間零點(diǎn)，則可 u 。= u 。s i n o if = j 2 us i nc o t ( 2 - 1 5 ) 負(fù)載為電阻，觸發(fā)延遲角a 的移相范圍為0 。1 5 0 。根據(jù)任一時(shí)刻電路中晶閘管 的通斷狀態(tài)以及每半個(gè)周波內(nèi)電流是否連續(xù)，可將這1 5 0 。的移相范圍分為三段【4 】： ( 1 ) 0 。a 6 0 。范圍內(nèi)，調(diào)壓電路處于兩個(gè)晶閘管與三個(gè)晶閘管導(dǎo)通的交替狀 態(tài)，因而輸出的a 相負(fù)載電壓波形由u 。，u 曲2 ，u 。2 交替構(gòu)成，每個(gè)晶閘管導(dǎo)通 的角度為1 8 0 。一a ； “ 薩蕊_ 形 u 。o ? ， 一、薌7 7 ， ， a ， ，+ ， 圖2 4 電阻負(fù)載三相調(diào)壓電路的波形和各晶閘管導(dǎo)通區(qū)間( a = 3 0 時(shí)) f i g u r e 2 4t h ew a v eo f t h r e e - p h a s er e g u l a t o rc i r c u i tw i t hr e s i s t a n c el o a d a n dc o n d u c t i o ni n t e r v a lo f t h y r i s t o r ( a = 3 0 。) 1 0 第二章交流電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)原理及其諧波分析 ( 2 ) 6 0 。a 9 0 。范圍內(nèi)，任一時(shí)刻電路中有兩個(gè)晶閘管同時(shí)導(dǎo)通，輸出a 相 負(fù)載電壓波形由“曲2 和“。2 交替構(gòu)成，每個(gè)晶閘管導(dǎo)通角度為1 2 0 。； u a b 一7 三、l 噶、。，；：! j j “d o f ， i ? ， l j 三魚一、刀l t| 、 警影伊- 。| | | j j 、? 。j j 、4 i ， ，iq ， ， 圖2 5 電阻負(fù)載三相調(diào)壓電路的波形和各晶閘管導(dǎo)通區(qū)間( a = 6 0 時(shí)) f i g u r e 2 5t h ew a v eo ft h r e e p h a s er e g u l a t o rc i r c u i tw i t hr e s i s t a n c el o a d a n dc o n d u c t i o ni n t e r v a lo ft h y r i s t o r ( a = 6 0 。) ( 3 ) 9 0 。a 0 砟 。墨 o ，p 西u ( 5 - 1 9 ) 只要選擇適當(dāng)?shù)闹?，在獲得一個(gè)零穩(wěn)態(tài)誤差的同時(shí)，獲得好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)式可能 的。 軟起動(dòng)器的諧波抑制方法研究 5 2 主電路參數(shù)設(shè)計(jì) 有源電力濾波器主電路的工作實(shí)際上是通過進(jìn)線電感l(wèi) 和直流側(cè)電容c 的充放 電來實(shí)現(xiàn)的。因此l 、c 的參數(shù)選擇對(duì)濾波器的性能有重要的影響【4 1 。 1 主電路容量的計(jì)算 有源電力濾波器的容量由下式確定： s = 3 ( 5 2 0 ) 其中，u 為電網(wǎng)相電壓有效值，l 為補(bǔ)償電流有效值。 2 直流側(cè)電壓的計(jì)算 由表4 1 可知，當(dāng)吃= 一1 3n ，電流f c 口上升，即要求生d t 0 ，若直流側(cè)電壓不 能滿足3 u 。( u 。為相電壓的峰值) ，且r 為有源電力濾波器逆變器的等效電阻， 通常情況下r 很小，因此可以忽略，則 三魯= u , , , - r i g a k a u d ，= u , a + j 1 啦0 ( 5 _ 2 1 ) 就不能恒成立，這種效果是不希望出現(xiàn)的。 同理，當(dāng)k 。= 1 3 時(shí)，電流f c 口下降，即要求生d t 0 ，若直流側(cè)電壓不能滿足 u 出3 u 。，則 咯鞏一r 乙一k a u a c = u , a + j 1 幡0 ( 5 - 2 2 ) 也不會(huì)恒成立。 綜上所述，直流側(cè)電壓應(yīng)滿足如下條件：u d c 3 u m ( 5 - 2 3 ) 即主電路直流側(cè)電壓值應(yīng)大于有源電力濾波器與供電系統(tǒng)連接點(diǎn)的相電壓峰值 的3 倍。但是，若取值過大，將使裝置容量增加，且器件和電容的耐壓都要相應(yīng) 地增加，因此要綜合考慮。 由式( 5 - 2 3 ) 得，3 u 。= 3 x 2 2 2 0 = 9 3 3 2 4 v ( 5 2 4 ) 由此，可選擇直流側(cè)參考電壓為：甜出，= 1 0 0 0 v 。 有源電力濾波器的工作，就是直流側(cè)電容的充放電過程，為保證濾波器的性能， 必須維持其直流測電容電壓基本不變。有源電力濾波器在實(shí)際運(yùn)行時(shí)很難將主電路 直流側(cè)電壓控制在一個(gè)恒定值，直流側(cè)電壓波動(dòng)的根本原因在于補(bǔ)償電流在交流電 菜乏塞有游電力濾波器的控制及其仿真 源與有源電力濾波器之間的能量脈動(dòng)。若電容值選擇過小，主電路直流側(cè)電壓波動(dòng) 就會(huì)過大，影響有源電力濾波器的補(bǔ)償效果；若電容值選擇過大，則主電路直流側(cè) 電壓動(dòng)態(tài)響應(yīng)變慢，電容體積和價(jià)格也會(huì)增加。因此需要合理選擇有源電力濾波器 直流側(cè)的電容值1 3 9 1 。 3 出線電感的選擇 對(duì)電感的選擇必須滿足濾波器對(duì)補(bǔ)償電流的跟蹤能力的要求。如果電感l(wèi) 選擇 的過大，跟蹤電流變化緩慢，導(dǎo)致跟蹤電流和參考電流之間誤差較大。如果電感l(wèi) 選擇的過小，當(dāng)參考電流變化較緩時(shí)，補(bǔ)償電流的變化量可能比參考電流的變化量 大的多，形成毛刺。此外，如果電感l(wèi) 選擇過小，開關(guān)器件開通關(guān)斷所引起的電壓 波動(dòng)將嚴(yán)重影響電網(wǎng)側(cè)電壓，使電壓波形中開關(guān)頻率的諧波大大增加，波形變壞。 因此，出線電感值的選擇要考慮以上三個(gè)因素。 為了滿足電流跟蹤能力的要求，以a 相為例，濾波器的輸出電流變化率要大于 換向期間對(duì)應(yīng)的參考電流的最大變換率，即 酬亂 ( 5 2 5 ) 斛一疋) | 2 6 ， 當(dāng)有源電力濾波器工作的時(shí)間足夠長，式( 5 2 6 ) 中交流電壓 。的平均作用為 0 。而l e i a 2 3 的概率是1 3 ，f k i 取1 3 的概率是2 3 ，因此i 疋i 的平均值為4 9 。 因此可以求得輸出電流變化率的平均值l l 盟a ti l a t ，令其為弓，則 而= 百4 u d c ( 5 - 2 7 ) 令亍為參考電流的最大變化率吲一的平均值，由式限2 5 ，可得： 彳 4 9 u 上a c ( 5 - 2 8 ) 7 7 r 、， 4 5 軟起動(dòng)器的諧波抑制方法研究 絲 ( 5 - 2 9 ) 9 7 7 + 4 無源濾波器電路 為了濾除主電路高頻通斷產(chǎn)生的高次諧波，可以通過設(shè)置高通濾波器并聯(lián)在系 統(tǒng)的負(fù)載側(cè)，使得有源電力濾波器工作中產(chǎn)生的高次諧波電流大部分流入高通濾波 器，從而達(dá)到消除系統(tǒng)中高次諧波的目的。 本文采用二階高通濾波器。二階高通濾波器的阻抗為【4 】： z o = 而1 ，i - 頁1 + 面1 ) 一1 ( 5 3 。) 二階高通濾波器在某一很寬的頻帶內(nèi)呈現(xiàn)低阻抗，從而對(duì)高次諧波形成低阻抗 通路，使得這些高次諧波電流大部分流入高通濾波器，起到濾除高次諧波的效果。 高通濾波器的特性可以由以下兩個(gè)參數(shù)來描述： f o2 意 ( 5 - 3 1 ) 肛高( 5 - 3 2 ) 丘為截止頻率。在頻率f = f 0 o 。的頻率范圍內(nèi)，濾波器的阻抗是小于某電阻 r 的一個(gè)低阻抗。式( 5 - 3 2 ) 中的m 是一個(gè)與品質(zhì)因數(shù)q 直接有關(guān)的參數(shù)，直接影 響到濾波器調(diào)諧曲線的形狀。一般q 值取為0 7 - 1 4 ，相應(yīng)的m 值在2 - 0 5 之間。 5 3 電流跟蹤控制電路 由于并聯(lián)型有源電力濾波器產(chǎn)生的補(bǔ)償電流應(yīng)實(shí)時(shí)跟蹤其指令電流信號(hào)的變 化，因此要求補(bǔ)償電流發(fā)生器具有很好的實(shí)時(shí)性。電壓型p w m 變流器的電流控制 方法有很多種。其中，被廣泛應(yīng)用的主要是三角載波控制。 三角波比較電流控制方式又稱為斜坡比較方式，其主要諧波頻率是在開關(guān)頻率及 其倍數(shù)頻率附近位置。 圖5 5 三角載波比較控制方式原理圖 f i g u r e 5 5p r i n c i p l ed i a g r a mo ft r i a n g u l a rc a r d e rc o m p a r i s o nc o n t r o lm e t h o d 從圖5 5 可以看出，三角波比較控制方式將指令信號(hào)i c 與逆變器輸出信號(hào)t 的偏 第五章有游電力濾波器f l 冬控制及萁仿奏 差經(jīng)放大器后再與三角波信號(hào)進(jìn)行比較來產(chǎn)生逆變器的開關(guān)控制信號(hào)。放大器采用 比例放大器或比例積分放大器。 本文采用比例積分放大器，在三角波比較電流控制中，當(dāng)比例系數(shù)k 。太大易出 現(xiàn)跟蹤不上，即不穩(wěn)定現(xiàn)象；當(dāng)k 。太小時(shí)，跟蹤會(huì)出現(xiàn)幅值和相位差；當(dāng)比例系數(shù)k 。 取值基本合適后，可以通過調(diào)整積分系數(shù)露來改善跟蹤性能，但是積分系數(shù)k 太大容 易影響動(dòng)態(tài)性能。 5 ，4 仿真及其結(jié)果分析 5 4 1 三相有源電力濾波器的仿真模型 本文有源電力濾波器諧波和無功電流補(bǔ)償系統(tǒng)電路如圖5 6 所示，整個(gè)電路由三 相有源濾波器和三相非線性負(fù)載構(gòu)成，其中非線性負(fù)載為軟啟動(dòng)器仿真模型。三相 有源濾波器