CN101931233A

CN101931233A - 串联滤波器及低谐波整流器

Info

Publication number: CN101931233A
Application number: CN2009102484535A
Authority: CN
Inventors: 王家强
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-12-17
Filing date: 2009-12-17
Publication date: 2010-12-29

Abstract

一种由电感和电容串联构成的滤波器，串联在电源与负荷之间，可以滤除各种频率的谐波。电感或电容的工频基波阻抗选择在负荷等效阻抗的50％到200％之间(负荷等效阻抗为相电压有效值与相电流有效值的比值)。由串联滤波器与晶闸管整流器组合构成的低谐波整流器，具有低谐波的输入电流。

Description

串联滤波器及低谐波整流器

技术领域：

本发明涉及电力系统中用于滤除谐波的滤波装置以及可以减少谐波电流的整流装置。

背景技术：

现有的谐波滤除装置大都使用无源并联滤波器，对每一种频率的谐波需要使用一组滤波器，通常需要使用多组滤波器用以滤除不同频率的谐波。多组滤波器的使用造成结构复杂，成本增高，并且由于通常的系统中含有无限多种频率的谐波成分，因此无法将谐波全部滤除。

现有的整流器大都使用增加整流相数的方法来减少谐波含量，例如使用6相或者12相整流器。增加整流相数使整流器的复杂程度成倍提高，换向缺口增加，而高频的谐波成分依然存在，高频谐波成分对电力系统的危害是非常严重的。

发明内容：

本发明的目的是提供一种结构简单、成本较低、可以滤除所有谐波的滤波器。将本滤波器与普通三相整流器组合就可以构成低谐波整流装置。

本发明使用如下技术方案来实现：

本发明所述的串联滤波器由电感和电容串联而成，选择电感与电容的值使其对工频基波频率形成串联谐振，从而形成只允许工频基波频率电流通过的串联带通滤波器。串联滤波器使用时串联连接在电源与负荷之间，因此串联滤波器的“串联”二字具有双重意思：一个意思表示电感与电容串联，另一个意思表示串联在电路中使用。

在三相电路中均接入串联滤波器，由于谐振于基波频率的串联带通滤波器对基波电流的阻抗很小，而对谐波电流的阻抗很大，于是只用一组滤波器就可以滤除所有频率的谐波。

当谐波电流由外网窜入而影响内网负荷设备的正常运行时，在电源与负荷设备之间接入串联滤波器就可以阻挡谐波保证负荷设备的正常运行。

当谐波由内网设备产生而影响系统时，产生谐波的设备即为谐波源，在谐波源与电源之间接入串联滤波器就可以使谐波源产生的谐波电流大幅度减小。这里需要注意：串联滤波器使谐波源自身产生的谐波电流减小，相当于使污染源产生的污染减小，是治本的手段。而并联滤波器并不能减小谐波源产生的谐波，而是为谐波电流提供一个低阻抗的通道，避免谐波电流污染系统，相当于先污染再治理的方式，是治标的手段。不仅如此，由于并联滤波器对谐波的阻抗很低，通常会使谐波源产生更大的谐波电流。

由电感和电容串联构成的LC串联带通滤波器，具有一个串联谐振点，对于谐振点频率的电流具有极低的阻抗，对于偏离谐振点频率的电流，则阻抗增大，偏离的越多，阻抗越大。对于比谐振点频率高的电流成分，电感的阻抗为主，对于比谐振点频率低的电流成分，电容的阻抗为主。由于谐波成分通常比基波频率高，因此当LC串联带通滤波器的谐振点为工频基波时，滤除谐波的工作主要由电感完成，电容的作用是抵消电感对工频基波的阻抗。

由于滤除谐波的作用主要由电感完成，因此电感量越大滤除谐波的效果越好。但是电感量越大则成本越高，损耗越大，因此从成本及损耗上去考虑问题则希望电感量越小越好。当电感的基波感抗小于负荷等效基波阻抗的50％时，不能实现良好的滤波效果(负荷等效基波阻抗就是负荷相电压有效值与相电流有效值的比值)。因此电感的基波感抗必须大于负荷等效基波阻抗的50％。

对于电容器的选择与电感的选择情况不同，电感的匝数可以随意设计，而电容器的耐压只有固定的若干等级，不能随意设计。比如在低压配电系统中，就只有耐压230V与400V的电力电容器可供选择。由于电容器串联在电路中，电容器中的电流即为负荷电流，当电容器的实际工作电压等于其额定电压时，电容器中流过的电流等于电容器的额定电流，电容器得到充分的利用，因此，当电容器的实际工作电压等于其额定电压时，电容器的成本最低。

实际的串联滤波器成本主要由电感与电容器的成本构成。串联谐振的电感与电容对基波的阻抗相等并且电流相同，因此电感与电容的基波工作电压相同。前面已经说明，当电容器的实际工作电压等于其额定电压时，电容器的成本最低，因此电感的实际工作电压应该等于电容器的额定电压。电容器的额定电压等级大都与电网电压相当，如果电感的实际工作电压等于电容器的额定电压，相当于电感阻抗与负荷阻抗相当，可以取得最好的性能价格比。在这个基础上，如果提高电感的感抗，虽然滤波效果可以提高但提高不多，电感的成本增加，电容器需要串联，成本急剧增加，性能价格比下降，因此电感的基波感抗大于负荷等效基波阻抗的200％没有实际意义。如果降低电感的感抗，则滤波效果下降，电感的成本降低，电容器的容量增加因此成本增加，性能价格比也下降。为了获得足够的可靠性，电感与电容器的实际工作电压应略低于电容器的额定电压。

当串联滤波器连接在电源与谐波源之间时，谐波源的输入电压波形会发生严重畸变，正时这种电压波形的畸变使得谐波源的电流接近正弦波。这种输入电压波形畸变可能会影响谐波源控制电路的正常运行，如果出现控制电路不能正常运行的情况，应该将控制电路的电源改接至串联滤波器的前端。

将上述的串联滤波器连接在电源与普通晶闸管整流器之间，就可以构成低谐波整流器，不论整流器的直流侧是电感性负荷还是电容性负荷都可以取得良好的滤波效果。不但可以使整流器的输入电流接近正弦波，而且可以消除整流器的换向缺口。

由于前面已经叙述过的原因，应将整流器控制电路的电源改接至串联滤波器的前端。

对于拖动直流电机的整流器，可以取消平波电抗器。

由于接入串联滤波器之后电流接近正弦波，因此晶闸管的导通角接近180度。

为了保证整流器的最大输出电压，晶闸管的最小触发角应该调整至相电压的过零点处，这样当整流器工作在最小触发角时，可以获得足够的直流输出电压，并且电流与电压基本同相位，功率因数接近1。如果最小触发角仍维持在线电压的过零点处，则最高输出电压会降低，当整流器工作在最小触发角时，不能获得足够的直流输出电压，并且电流会滞后电压30度，功率因数也因此降低。

可能有人会说：晶闸管的最小触发角在相电压的过零点处根本无法实现换向，例如在A相电压的过零点处，C相电压大于A相电压，因此A相的正向晶闸管不可能被触发。实际上，由于串联滤波器中有串联电容器，并且电容器上的电压与电源电压相当，因此判断晶闸管是否能够触发要根据电源电压与电容器电压的叠加值来判断。实际上电源电压与电容器电压叠加以后的值比电源电压的相位超前，超前的角度与电容器的工作电压值有关，如果电容器的工作电压与电源相电压相等，那么叠加后的相位就比电源相电压的相位超前45度，因此晶闸管的换向完全没有问题。

附图说明

附图A)部分为本发明所述串联滤波器实施例的示意图。图中的Ua、Ub、Uc为三相电源，C为串联电容器，L为串联电感，电容C与电感L串联构成串联滤波器，XBFH为会产生谐波电流的负荷。

附图B)部分为本发明所述低谐波整流器实施例的示意图。图中的Ua、Ub、Uc为三相电源，C为串联电容器，L为串联电感，电容C与电感L串联构成串联滤波器，JZG为晶闸管整流器，D为直流电机。

具体实施方式

下面结合附图A)部分说明本发明串联滤波器的一种具体实施方式：

当XBFH的工作电压380V，负荷最大电流为100A时。电感L的电感量为6.4毫亨，电容C的电容量为1600微法，电感与电容的工作电压为220V，工作电流为100A。

下面结合附图B)部分说明本发明低谐波整流器的一种具体实施方式：

当整流器的工作电压380V，负荷最大电流为100A时。电感L的电感量为6.4毫亨，电容C的电容量为1600微法，电感与电容的工作电压为220V，工作电流为100A。

Claims

1.一种电力系统中用于滤除谐波的滤波器，其特征在于：所述的滤波器由电感与电容串联构成，并且串联在电源与负荷之间，电感与电容对工频基波频率形成串联谐振，电感或电容的工频基波阻抗应选择在负荷等效阻抗的50％到200％之间(负荷等效阻抗为相电压有效值与相电流有效值的比值)。

2.一种具有低谐波电流的整流器，其特征在于：所述的整理器的电源端接入由权利要求1所述的滤波器。

3.根据权利要求2所述的整流器，其特征在于：所述的整流器取消了直流侧的平波电抗器。

4.根据权利要求2所述的整流器，其特征在于：所述的整流器的最小触发角在相电压的过零点处。