整流装置谐波抑制方法研究

龙 润

（海军驻武汉七一二所军事代表室, 武汉 430064）

0 引言

在舰船上经常利用同步发电机同时向交流负载和直流负载供电。大量整流器件的广泛运用导致的交流线电流的谐波会引起电力系统分配和变换的严重问题，例如静态调相器的烧毁，低频继电器(UFR)的错误动作，计算机控制系统故障等等。由于绝大部分交流负载对供电品质有严格要求，整流负载所引起的交流侧波形畸变就成了电力系统中一个非常突出的问题。因此，分析整流系统交流侧谐波电流及其影响因素，消除交流电网电压与电流谐波，提高网侧功率因数，减小直流侧电压脉动，使系统满足电磁兼容性要求，是一个相当重要的课题。

1 带有变抽头均衡电抗器的六相整流电路基本原理

图 1所示为变抽头六相整流装置，此装置的主变压器具有三个绕组，原边为Y联结，第二、三绕组分别为Y、Δ联接，附边两绕组分别和三相桥式整流器相连。两个副边绕组的交流线电压在相位上相差30度，因此图1为六相十二脉波整流器。为了使整流桥的直流输出电压平衡，故使三个绕组相对匝数比为1：as/√3：as。该装置是在传统六相整流的相间电抗器上设置几个对称的联接点(相对于相间电抗器的中点)，直流负载通过二极管和联接点相连，这些二极管形成“变抽头”。和一般的六相十二脉波整流器相比，这种带变抽头的整流系统形式上与十二脉波构造相似，但它的运行行为和二十四脉波的情形极为相似。

衡量谐波干扰大小不但要考虑单次谐波幅值，而且要考虑综合作用即电流波形正弦性畸变率THD的大小。

定义THD=扣除基波分量后电流有效值/电流基波分量有效值。在不考虑换相影响时可算得传统六相整流变压器原边交流电流的THD≈0.1507，而整流器带抽头 换接器时原边电流THD和变抽头匝数比αm的取值有关。

表1列出了当αm取不同值时相对应的交流电流THD，图2是THD－αm关系图。从表1和图2可以发现THD有极小值约为 0.0742，此时αm≈0.2500，因此，均衡电抗器变抽头匝比不能过小，也不能过大，在不考虑换相电抗影响时，匝数比应取αm︳最优值=0.2500。

2 整流换相过程对系统的影响

整流负载由于电流换相会使交流侧电压波形发生畸变，而绝大部分交流负载对电压波形是有严格要求的，因此有必要对整流负载引起的交流电压波形畸变单独进行分析。文献[3]对传统的经三绕组变压器后六相整流系统的交流电压谐波进行了分析，原公式只需进行修正，就可适用于变抽头六相整流系统。此时将换相重叠角改为：

?

对于传统的六相整流系统，换相重叠角公式只需令上式αm=0即可得到，可见在同样工况下带变抽头均衡电抗器的六相整流系统换相重叠角γ相应要小。取αm=0.3333，Id=29.6 A时,根据文献[3]给出的公式可作出传统六相整流的变压器原边交流电压波形如图3所示，对应于此状态的变抽头整流器的变压器原边交流电压波形如图 4所示,比较两图，显然前者的电压波形畸变率要大。图5为对应于图3的实测电压放大波形，图6为对应于图4的实测电压放大波形 ，显然前者的电压波形畸变率要大。

3 考虑变抽头换相过程的整流系统

系统结构如图7所示，设整流桥1和桥2完全对称，则桥1和桥2的负载电流id1和id2的变化规律相同，相位相差30°，三绕组变压器付边两个绕组的线电流变化规律相同，相位相30°，因此只需在 0～30°范围内对系统进行分析，其他区间的各量可根据两整流桥的对称性进行推导。取αm=0.1667，变压器原边交流电流理论分析波形和实测波形如图8。

要满足0<γ<15°及0<γD<15°，负载电流不能取得太大，统一取Id≈7.5 A。变抽头匝数比

4 结论

随着变抽头匝数比 αm的增大，交流电流THD逐渐下降，当αm增加到某一值时，交流电流THD达到最小值，αm继续增加时，交流电流THD反而增大。理论分析和实验结果都表明，变抽头六相整流和传统六相整流相比削弱了谐波。

[1]J.Arrillage, M.E. Villablanca, Pulse doubling in parallel convertor configurations with interphase reactors. IEE. Proc., 1991, 138:15-20.

[2]赵良炳编著.《现代电力电子技术基础》. 清华大学出版社，1995.

[3]马伟明,张盖凡. 三相同步发电机供交直流混合负载时交流电压波形的畸变. 1996, 11(4):36-42.

[4]黄俊等主编.电力电子变流技术. 机械工业出版社，1994.

[5]张志涌等编. 掌握和精通 MATLAB. 北京航空航天大学出版社，1997.