龍 潤(rùn)

（海軍駐武漢七一二所軍事代表室, 武漢 430064）

0 引言

在艦船上經(jīng)常利用同步發(fā)電機(jī)同時(shí)向交流負(fù)載和直流負(fù)載供電。大量整流器件的廣泛運(yùn)用導(dǎo)致的交流線電流的諧波會(huì)引起電力系統(tǒng)分配和變換的嚴(yán)重問(wèn)題，例如靜態(tài)調(diào)相器的燒毀，低頻繼電器(UFR)的錯(cuò)誤動(dòng)作，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)故障等等。由于絕大部分交流負(fù)載對(duì)供電品質(zhì)有嚴(yán)格要求，整流負(fù)載所引起的交流側(cè)波形畸變就成了電力系統(tǒng)中一個(gè)非常突出的問(wèn)題。因此，分析整流系統(tǒng)交流側(cè)諧波電流及其影響因素，消除交流電網(wǎng)電壓與電流諧波，提高網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)，減小直流側(cè)電壓脈動(dòng)，使系統(tǒng)滿(mǎn)足電磁兼容性要求，是一個(gè)相當(dāng)重要的課題。

1 帶有變抽頭均衡電抗器的六相整流電路基本原理

圖 1所示為變抽頭六相整流裝置，此裝置的主變壓器具有三個(gè)繞組，原邊為Y聯(lián)結(jié)，第二、三繞組分別為Y、Δ聯(lián)接，附邊兩繞組分別和三相橋式整流器相連。兩個(gè)副邊繞組的交流線電壓在相位上相差30度，因此圖1為六相十二脈波整流器。為了使整流橋的直流輸出電壓平衡，故使三個(gè)繞組相對(duì)匝數(shù)比為1：as/√3：as。該裝置是在傳統(tǒng)六相整流的相間電抗器上設(shè)置幾個(gè)對(duì)稱(chēng)的聯(lián)接點(diǎn)(相對(duì)于相間電抗器的中點(diǎn))，直流負(fù)載通過(guò)二極管和聯(lián)接點(diǎn)相連，這些二極管形成“變抽頭”。和一般的六相十二脈波整流器相比，這種帶變抽頭的整流系統(tǒng)形式上與十二脈波構(gòu)造相似，但它的運(yùn)行行為和二十四脈波的情形極為相似。

衡量諧波干擾大小不但要考慮單次諧波幅值，而且要考慮綜合作用即電流波形正弦性畸變率THD的大小。

定義THD=扣除基波分量后電流有效值/電流基波分量有效值。在不考慮換相影響時(shí)可算得傳統(tǒng)六相整流變壓器原邊交流電流的THD≈0.1507，而整流器帶抽頭 換接器時(shí)原邊電流THD和變抽頭匝數(shù)比αm的取值有關(guān)。

表1列出了當(dāng)αm取不同值時(shí)相對(duì)應(yīng)的交流電流THD，圖2是THD－αm關(guān)系圖。從表1和圖2可以發(fā)現(xiàn)THD有極小值約為 0.0742，此時(shí)αm≈0.2500，因此，均衡電抗器變抽頭匝比不能過(guò)小，也不能過(guò)大，在不考慮換相電抗影響時(shí)，匝數(shù)比應(yīng)取αm︳最優(yōu)值=0.2500。

2 整流換相過(guò)程對(duì)系統(tǒng)的影響

整流負(fù)載由于電流換相會(huì)使交流側(cè)電壓波形發(fā)生畸變，而絕大部分交流負(fù)載對(duì)電壓波形是有嚴(yán)格要求的，因此有必要對(duì)整流負(fù)載引起的交流電壓波形畸變單獨(dú)進(jìn)行分析。文獻(xiàn)[3]對(duì)傳統(tǒng)的經(jīng)三繞組變壓器后六相整流系統(tǒng)的交流電壓諧波進(jìn)行了分析，原公式只需進(jìn)行修正，就可適用于變抽頭六相整流系統(tǒng)。此時(shí)將換相重疊角改為：

?

對(duì)于傳統(tǒng)的六相整流系統(tǒng)，換相重疊角公式只需令上式αm=0即可得到，可見(jiàn)在同樣工況下帶變抽頭均衡電抗器的六相整流系統(tǒng)換相重疊角γ相應(yīng)要小。取αm=0.3333，Id=29.6 A時(shí),根據(jù)文獻(xiàn)[3]給出的公式可作出傳統(tǒng)六相整流的變壓器原邊交流電壓波形如圖3所示，對(duì)應(yīng)于此狀態(tài)的變抽頭整流器的變壓器原邊交流電壓波形如圖 4所示,比較兩圖，顯然前者的電壓波形畸變率要大。圖5為對(duì)應(yīng)于圖3的實(shí)測(cè)電壓放大波形，圖6為對(duì)應(yīng)于圖4的實(shí)測(cè)電壓放大波形 ，顯然前者的電壓波形畸變率要大。

3 考慮變抽頭換相過(guò)程的整流系統(tǒng)

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖7所示，設(shè)整流橋1和橋2完全對(duì)稱(chēng)，則橋1和橋2的負(fù)載電流id1和id2的變化規(guī)律相同，相位相差30°，三繞組變壓器付邊兩個(gè)繞組的線電流變化規(guī)律相同，相位相30°，因此只需在 0～30°范圍內(nèi)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析，其他區(qū)間的各量可根據(jù)兩整流橋的對(duì)稱(chēng)性進(jìn)行推導(dǎo)。取αm=0.1667，變壓器原邊交流電流理論分析波形和實(shí)測(cè)波形如圖8。

要滿(mǎn)足0<γ<15°及0<γD<15°，負(fù)載電流不能取得太大，統(tǒng)一取Id≈7.5 A。變抽頭匝數(shù)比

4 結(jié)論

隨著變抽頭匝數(shù)比 αm的增大，交流電流THD逐漸下降，當(dāng)αm增加到某一值時(shí)，交流電流THD達(dá)到最小值，αm繼續(xù)增加時(shí)，交流電流THD反而增大。理論分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果都表明，變抽頭六相整流和傳統(tǒng)六相整流相比削弱了諧波。

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

[2]趙良炳編著.《現(xiàn)代電力電子技術(shù)基礎(chǔ)》. 清華大學(xué)出版社，1995.

[3]馬偉明,張蓋凡. 三相同步發(fā)電機(jī)供交直流混合負(fù)載時(shí)交流電壓波形的畸變. 1996, 11(4):36-42.

[4]黃俊等主編.電力電子變流技術(shù). 機(jī)械工業(yè)出版社，1994.

[5]張志涌等編. 掌握和精通 MATLAB. 北京航空航天大學(xué)出版社，1997.