CN109194103A - 一种变频电源输入谐波抑制方法 - Google Patents

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欧阳小雷
温玮华
李萌金
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Abstract

本发明公开了一种变频电源输入谐波抑制方法，具体步骤包括：步骤一：对几种多脉冲整流器的技术方案进行了比较，针对机载应用场合，选取了不对称式18脉冲自耦型变压整流器；步骤二：对变压整流器进行详细分析其工作原理和基本波形,推导了变换器的输出电压以及输入电流的THD。本发明本发明通过针对变频设备进行研究三相输入、高功率因数、高可靠的变频器方案，通过18脉冲整流电路，可以将变频电源输入谐波下降到10%以下，来实现变频电源输入谐波抑制方法，由于自耦变压器不仅有磁路上的耦合而且还有电路上的连接，使得一部分输出功率无需通过磁场耦合来传输，则可有效减小变压器的等效容量、材料消耗和成本过。

Description

一种变频电源输入谐波抑制方法
技术领域
本发明涉及电源控制领域，特别涉及一种变频电源输入谐波抑制方法。
背景技术
目前市场上的变频电源。他主要为出口设备调试老化供电、进口设备供电设计；最初设计时，主要目的是满足客户性能指标要求，对变频电源设备输入谐波没有设计考虑。但是随着我们节能环保意识的增强，变频电源设备输入谐波干扰问题，越来越受到用户的关注；如果变频电源设备能够很好的解决输入谐波干扰问题，对提高用户对变频电源设备的认可对有很大的帮助。也利于开拓变频电源市场，因此，发明一种变频电源输入谐波抑制方法来解决上述问题很有必要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种变频电源输入谐波抑制方法，通过针对变频设备进行研究三相输入、高功率因数、高可靠的变频器方案，通过18脉冲整流电路，可以将变频电源输入谐波下降到10%以下，来实现变频电源输入谐波抑制方法，由于自耦变压器不仅有磁路上的耦合而且还有电路上的连接，使得一部分输出功率无需通过磁场耦合来传输，则可有效减小变压器的等效容量、材料消耗和成本,有利于减小变压器的体积、重量，而一部分功率可直接传输使得自耦变压器比隔离变压器效率更高，有利于提高系统的效率，以解决上述背景技术中提出的变频电源设备输入谐波干扰问题问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种变频电源输入谐波抑制方法，具体步骤包括：
步骤一：对几种多脉冲整流器的技术方案进行了比较，针对机载应用场合，选取了不对称式18脉冲自耦型变压整流器；
步骤二：对变压整流器进行详细分析其工作原理和基本波形,推导了变换器的输出电压以及输入电流的THD,并给出自耦变压器的设计依据，完成21kW18脉冲变压整流器的电路；
步骤三：根据脉冲变压整流器的电路相电矢量间的电角度和矢量相加的原则，可以求得变压器匝比满足，并根据电磁感应定律计算出变压器的原边匝数，确定各绕组匝数；
步骤四：结合变压器匝比关系和输出直流电压表达式，可以计算出变压器容量，并在变压器外侧添加交流软启动电路，同时要加入控制电路和相应的辅助电源；
步骤五：根据变压器的各绕组匝数采用R型三立柱磁芯制作变压器。
优选的，步骤一中多脉冲整流电路就利用不同的匝比变换和绕组联结来构造得到相位不同的电压矢量，使得网侧电流由不同相位的电流矢量叠加而成，包含不同电压矢量的信息，最终使得常规三相桥式整流电路网侧的方波电流变为叠加而成的阶梯波电流。
优选的，步骤四中忽略输出电流的波动，将输出电流设为恒定的电流进行计算。
优选的，步骤四中交流软启动电路由电阻和交流接触器并联而成，控制电路和相应的辅助电源用于提供软启动时序以及过流、过温、缺相等故障检测和报警功能。
本发明的技术效果和优点：本发明通过针对变频设备进行研究三相输入、高功率因数、高可靠的变频器方案，通过18脉冲整流电路，可以将变频电源输入谐波下降到10%以下，来实现变频电源输入谐波抑制方法，由于自耦变压器不仅有磁路上的耦合而且还有电路上的连接，使得一部分输出功率无需通过磁场耦合来传输，则可有效减小变压器的等效容量、材料消耗和成本,有利于减小变压器的体积、重量，而一部分功率可直接传输使得自耦变压器比隔离变压器效率更高，有利于提高系统的效率。
附图说明
图1为不对称18脉冲自耦变压整流器电路原理图；
图2为自耦变压器绕组连接图；
图3为18脉冲自耦变压整流器用变压器电压矢量图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一：
本发明提供了如图1-3所示的一种变频电源输入谐波抑制方法，具体步骤包括：
步骤一：对几种多脉冲整流器的技术方案进行了比较，针对机载应用场合，选取了不对称式18脉冲自耦型变压整流器，多脉冲整流电路就利用不同的匝比变换和绕组联结来构造得到相位不同的电压矢量，使得网侧电流由不同相位的电流矢量叠加而成，包含不同电压矢量的信息，最终使得常规三相桥式整流电路网侧的方波电流变为叠加而成的阶梯波电流，不同的匝比变换和绕组联结如三角形联结和星形等；
步骤二：对变压整流器进行详细分析其工作原理和基本波形,推导了变换器的输出电压以及输入电流的THD,并给出自耦变压器的设计依据，完成21kW18脉冲变压整流器的电路，；
步骤三：根据脉冲变压整流器的电路相电矢量间的电角度和矢量相加的原则，可以求得变压器匝比满足，并根据电磁感应定律计算出变压器的原边匝数，确定各绕组匝数
步骤四：结合变压器匝比关系和输出直流电压表达式，可以计算出变压器容量，并在变压器外侧添加交流软启动电路，同时要加入控制电路和相应的辅助电源，忽略输出电流的波动，将输出电流设为恒定的电流进行计算，交流软启动电路由电阻和交流接触器并联而成，控制电路和相应的辅助电源用于提供软启动时序以及过流、过温、缺相等故障检测和报警功能；
步骤五：根据变压器的各绕组匝数采用R型三立柱磁芯制作变压器。
实施例二：
说明书附图1为不对称18脉冲自耦变压整流器的电路原理图，电网输入电压矢量(Va,Vb, Vc)为一组三相电压电压矢量，直接给主整流桥供电;自耦变压器每个铁心柱有3个绕组，原边绕组三角形联结于电网输入电压处，原边绕组分3段顺向串联绕制，从原边绕组引出2个抽头用于连接另外2个铁心柱的副边绕组,通过矢量叠加来构造另外2组辅三相电压(Vaˊ, Vbˊ, Vcˊ)和(Va", Vb", Vc")，并分别给2组辅整流桥供电;
3组整流桥的输出直接并联，输出到负载,3组电压矢量长度不同，故称其为不对称型18脉冲自耦变压整流器；
其中，电网输入电压矢量最长，为主矢量，所有电压矢量经整流桥并联输出，则整流后输出电压为任意时刻线电压的最大值，二极管按照相应的线电压矢量的切换次序选通。
实施例三：
图3为18 脉冲自耦变压整流器用变压器和其电压矢量图，由于辅矢量短，每个主矢量与相位差较大的辅矢量构成线电压整流后输出，如图2所示:则与输出相关的线电压矢量包括3组共18个，主矢量间形成的一组线电压矢量以及主、辅矢量间形成的两组线电压矢量；如图3所示：为了保证输出电压平滑，各线电压矢量长度相等，且相邻矢量间隔为20；
为了诚小输出电压脉动，要求图3的线电压构成矢量圆，即|Vbˊa|与|Vb"a|相等，则要求主相电压矢量和相邻2个辅相电压矢量间相差为37°。
实施例四：
对满载时变压整流器的工作进行测试，并将测试结果统计，具体数据如下：
输入电压/V 输入功率/kW 功率因数 THD（%） 效率
126 21.4 0.995 8.49 0.982
115 22.1 0.996 7.66 0.977
103.6 20.8 0.996 6.60 0.966
测试时，输出侧加了0.02F的大电容，来保证交流供电电压跌落输出仍有一定的维持时间，可当负载越重、输入电压越低，输入电流谐波含量越小，这是因为低压、重载时，基波电流比例增大引起的，上表给出满载时不同输入电压条件下的实验数据，满载时，额定输入，变压整流器的效率可达到0.977，THD为7.66%。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种变频电源输入谐波抑制方法，其特征在于：具体步骤包括：
步骤一：对几种多脉冲整流器的技术方案进行了比较，针对机载应用场合，选取了不对称式18脉冲自耦型变压整流器；
步骤二：对变压整流器进行详细分析其工作原理和基本波形,推导了变换器的输出电压以及输入电流的THD,并给出自耦变压器的设计依据，完成21kW18脉冲变压整流器的电路；
步骤三：根据脉冲变压整流器的电路相电矢量间的电角度和矢量相加的原则，可以求得变压器匝比满足，并根据电磁感应定律计算出变压器的原边匝数，确定各绕组匝数；
步骤四：结合变压器匝比关系和输出直流电压表达式，可以计算出变压器容量，并在变压器外侧添加交流软启动电路，同时要加入控制电路和相应的辅助电源；
步骤五：根据变压器的各绕组匝数采用R型三立柱磁芯制作变压器。
2.根据权利要求1所述的一种变频电源输入谐波抑制方法，其特征在于：步骤一中多脉冲整流电路就利用不同的匝比变换和绕组联结来构造得到相位不同的电压矢量，使得网侧电流由不同相位的电流矢量叠加而成，包含不同电压矢量的信息，最终使得常规三相桥式整流电路网侧的方波电流变为叠加而成的阶梯波电流。
3.根据权利要求1所述的一种变频电源输入谐波抑制方法，其特征在于：步骤四中忽略输出电流的波动，将输出电流设为恒定的电流进行计算。
4.根据权利要求1所述的一种变频电源输入谐波抑制方法，其特征在于：步骤四中交流软启动电路由电阻和交流接触器并联而成，控制电路和相应的辅助电源用于提供软启动时序以及过流、过温、缺相等故障检测和报警功能。
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