仪器名称:开关函数法用于变流装置的谐波分析 |
::产品简介:: |
摘要:对于12脉动变流设备产生的非正弦电压和电流,用开关函数法分析了其各次谐波的幅值和相位,并分别计算了谐波电流含有量和电流总谐波畸变率。分析研究还表明,储存环电源交流侧的电流高次谐波的频率是工频电源频率的(12k±1)倍,其幅值是基波幅值的1/(12k±1)。 关键词:傅里叶级数 电能质量 电网谐波 1 变流装置谐波分析的开关函数法 f=f(τ)=ε(τ-τ1)-ε(τ-τ2)(1) 图1 单位阶跃函数和开关函数 如果令τ=ω1t,τ1=α0,τ2=α0+αw,α0为晶闸管控制角,αw为晶闸管的导通区间,且α0+αw≤π。将图1(b)所示的开关函数分解成傅里叶级数,得将a0、ak、bk代入式(2),并将同频率的正弦项和余弦项合并,得到 根据开关函数的定义和变流设备具有离散采样及调制的开关特性,其输入电流波形和输出电压波形可以用许多开关函数与正弦函数的调制波形来表示。这种调制波形经过三角变换之后即可以得到谐波特性。 2 三相六脉动变流装置的谐波分析 当装置处于稳定工作状态时,三相电源电压表 图3 变流装置的工作波形 (4) 六脉动的开关函数为fn=ε(ω1t-αn)-ε(ω1t-αn-2π/3) n=1,3,5,2,4,6(5) 式中 α为控制角,αn与电源电压相序对应,当触发脉冲对称时,则 对于六脉动的开关函数aw=2π/3,将其代入式(3),则六脉动开关函数的傅里叶级数为 变流装置的工作波形是由开关函数调制交流电压或直流电流的结果。A相交流电流ia是由开关函数f1和f4对直流电流Id调制的结果。即 ia=(f1-f4)Id(7) 将式(6)代入(7)即可获得A相交流电流的谐波表示式 式中$项为基波分量,第二项为各次谐波分量之和,当k=1时则为5次和7次谐波,当k=2时则为11次和13次谐波。输出电压ud是由开关函数f1~f6调制输入三相交流电压ua、ub、uc而形成的。即ud=(f1-f4)ua+(f3-f6)ub+(f5-f2)uc(9) 将式(6)和(4)代入(9),即可得输出电压ud的谐波表示式式中$项为输出电压中的直流分量,第二项为各次谐波分量之和,当k=1时则为6次谐波电压分量,当k=2时则为12次谐波电压分量。 上述级数也是一个收敛的无穷级数。 图4 储存环电源变流电路 图4中,变压器的原、副边绕组电压有效值关系设计为UA∶UA1=UAB∶UA2=1 副边线电压相量之间的相位关系为:UA1B1超前UA2B230°,原、 |