專利名稱：串聯(lián)濾波器及低諧波整流器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)中用于濾除諧波的濾波裝置以及可以減少諧波電流的整流
直O(jiān)
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的諧波濾除裝置大都使用無源并聯(lián)濾波器，對每一種頻率的諧波需要使用一 組濾波器，通常需要使用多組濾波器用以濾除不同頻率的諧波。多組濾波器的使用造成結(jié) 構(gòu)復(fù)雜，成本增高，并且由于通常的系統(tǒng)中含有無限多種頻率的諧波成分，因此無法將諧波 全部濾除?，F(xiàn)有的整流器大都使用增加整流相數(shù)的方法來減少諧波含量，例如使用6相或者 12相整流器。增加整流相數(shù)使整流器的復(fù)雜程度成倍提高，換向缺口增加，而高頻的諧波成 分依然存在，高頻諧波成分對電力系統(tǒng)的危害是非常嚴(yán)重的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡單、成本較低、可以濾除所有諧波的濾波器。將本 濾波器與普通三相整流器組合就可以構(gòu)成低諧波整流裝置。本發(fā)明使用如下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明所述的串聯(lián)濾波器由電感和電容串聯(lián)而成，選擇電感與電容的值使其對工 頻基波頻率形成串聯(lián)諧振，從而形成只允許工頻基波頻率電流通過的串聯(lián)帶通濾波器。串 聯(lián)濾波器使用時(shí)串聯(lián)連接在電源與負(fù)荷之間，因此串聯(lián)濾波器的“串聯(lián)”二字具有雙重意 思一個(gè)意思表示電感與電容串聯(lián)，另一個(gè)意思表示串聯(lián)在電路中使用。在三相電路中均接入串聯(lián)濾波器，由于諧振于基波頻率的串聯(lián)帶通濾波器對基波 電流的阻抗很小，而對諧波電流的阻抗很大，于是只用一組濾波器就可以濾除所有頻率的 諧波。當(dāng)諧波電流由外網(wǎng)竄入而影響內(nèi)網(wǎng)負(fù)荷設(shè)備的正常運(yùn)行時(shí)，在電源與負(fù)荷設(shè)備之 間接入串聯(lián)濾波器就可以阻擋諧波保證負(fù)荷設(shè)備的正常運(yùn)行。當(dāng)諧波由內(nèi)網(wǎng)設(shè)備產(chǎn)生而影響系統(tǒng)時(shí)，產(chǎn)生諧波的設(shè)備即為諧波源，在諧波源與 電源之間接入串聯(lián)濾波器就可以使諧波源產(chǎn)生的諧波電流大幅度減小。這里需要注意串 聯(lián)濾波器使諧波源自身產(chǎn)生的諧波電流減小，相當(dāng)于使污染源產(chǎn)生的污染減小，是治本的 手段。而并聯(lián)濾波器并不能減小諧波源產(chǎn)生的諧波，而是為諧波電流提供一個(gè)低阻抗的通 道，避免諧波電流污染系統(tǒng)，相當(dāng)于先污染再治理的方式，是治標(biāo)的手段。不僅如此，由于并 聯(lián)濾波器對諧波的阻抗很低，通常會使諧波源產(chǎn)生更大的諧波電流。由電感和電容串聯(lián)構(gòu)成的LC串聯(lián)帶通濾波器，具有一個(gè)串聯(lián)諧振點(diǎn)，對于諧振點(diǎn) 頻率的電流具有極低的阻抗，對于偏離諧振點(diǎn)頻率的電流，則阻抗增大，偏離的越多，阻抗 越大。對于比諧振點(diǎn)頻率高的電流成分，電感的阻抗為主，對于比諧振點(diǎn)頻率低的電流成 分，電容的阻抗為主。由于諧波成分通常比基波頻率高，因此當(dāng)LC串聯(lián)帶通濾波器的諧振點(diǎn)為工頻基波時(shí)，濾除諧波的工作主要由電感完成，電容的作用是抵消電感對工頻基波的 阻抗。由于濾除諧波的作用主要由電感完成，因此電感量越大濾除諧波的效果越好。但 是電感量越大則成本越高，損耗越大，因此從成本及損耗上去考慮問題則希望電感量越小 越好。當(dāng)電感的基波感抗小于負(fù)荷等效基波阻抗的50%時(shí)，不能實(shí)現(xiàn)良好的濾波效果(負(fù) 荷等效基波阻抗就是負(fù)荷相電壓有效值與相電流有效值的比值)。因此電感的基波感抗必 須大于負(fù)荷等效基波阻抗的50%。對于電容器的選擇與電感的選擇情況不同，電感的匝數(shù)可以隨意設(shè)計(jì)，而電容器 的耐壓只有固定的若干等級，不能隨意設(shè)計(jì)。比如在低壓配電系統(tǒng)中，就只有耐壓230V與 400V的電力電容器可供選擇。由于電容器串聯(lián)在電路中，電容器中的電流即為負(fù)荷電流，當(dāng) 電容器的實(shí)際工作電壓等于其額定電壓時(shí)，電容器中流過的電流等于電容器的額定電流， 電容器得到充分的利用，因此，當(dāng)電容器的實(shí)際工作電壓等于其額定電壓時(shí)，電容器的成本 最低。實(shí)際的串聯(lián)濾波器成本主要由電感與電容器的成本構(gòu)成。串聯(lián)諧振的電感與電容 對基波的阻抗相等并且電流相同，因此電感與電容的基波工作電壓相同。前面已經(jīng)說明，當(dāng) 電容器的實(shí)際工作電壓等于其額定電壓時(shí)，電容器的成本最低，因此電感的實(shí)際工作電壓 應(yīng)該等于電容器的額定電壓。電容器的額定電壓等級大都與電網(wǎng)電壓相當(dāng)，如果電感的實(shí) 際工作電壓等于電容器的額定電壓，相當(dāng)于電感阻抗與負(fù)荷阻抗相當(dāng)，可以取得最好的性 能價(jià)格比。在這個(gè)基礎(chǔ)上，如果提高電感的感抗，雖然濾波效果可以提高但提高不多，電感 的成本增加，電容器需要串聯(lián)，成本急劇增加，性能價(jià)格比下降，因此電感的基波感抗大于 負(fù)荷等效基波阻抗的200%沒有實(shí)際意義。如果降低電感的感抗，則濾波效果下降，電感的 成本降低，電容器的容量增加因此成本增加，性能價(jià)格比也下降。為了獲得足夠的可靠性， 電感與電容器的實(shí)際工作電壓應(yīng)略低于電容器的額定電壓。當(dāng)串聯(lián)濾波器連接在電源與諧波源之間時(shí)，諧波源的輸入電壓波形會發(fā)生嚴(yán)重畸 變，正時(shí)這種電壓波形的畸變使得諧波源的電流接近正弦波。這種輸入電壓波形畸變可能 會影響諧波源控制電路的正常運(yùn)行，如果出現(xiàn)控制電路不能正常運(yùn)行的情況，應(yīng)該將控制 電路的電源改接至串聯(lián)濾波器的前端。將上述的串聯(lián)濾波器連接在電源與普通晶閘管整流器之間，就可以構(gòu)成低諧波整 流器，不論整流器的直流側(cè)是電感性負(fù)荷還是電容性負(fù)荷都可以取得良好的濾波效果。不 但可以使整流器的輸入電流接近正弦波，而且可以消除整流器的換向缺口。由于前面已經(jīng)敘述過的原因，應(yīng)將整流器控制電路的電源改接至串聯(lián)濾波器的前端。對于拖動(dòng)直流電機(jī)的整流器，可以取消平波電抗器。由于接入串聯(lián)濾波器之后電流接近正弦波，因此晶閘管的導(dǎo)通角接近180度。為了保證整流器的最大輸出電壓，晶閘管的最小觸發(fā)角應(yīng)該調(diào)整至相電壓的過零 點(diǎn)處，這樣當(dāng)整流器工作在最小觸發(fā)角時(shí)，可以獲得足夠的直流輸出電壓，并且電流與電壓 基本同相位，功率因數(shù)接近1。如果最小觸發(fā)角仍維持在線電壓的過零點(diǎn)處，則最高輸出電 壓會降低，當(dāng)整流器工作在最小觸發(fā)角時(shí)，不能獲得足夠的直流輸出電壓，并且電流會滯后 電壓30度，功率因數(shù)也因此降低。
可能有人會說晶閘管的最小觸發(fā)角在相電壓的過零點(diǎn)處根本無法實(shí)現(xiàn)換向，例 如在A相電壓的過零點(diǎn)處，C相電壓大于A相電壓，因此A相的正向晶閘管不可能被觸發(fā)。 實(shí)際上，由于串聯(lián)濾波器中有串聯(lián)電容器，并且電容器上的電壓與電源電壓相當(dāng)，因此判斷 晶閘管是否能夠觸發(fā)要根據(jù)電源電壓與電容器電壓的疊加值來判斷。實(shí)際上電源電壓與電 容器電壓疊加以后的值比電源電壓的相位超前，超前的角度與電容器的工作電壓值有關(guān)， 如果電容器的工作電壓與電源相電壓相等，那么疊加后的相位就比電源相電壓的相位超前 45度，因此晶閘管的換向完全沒有問題。


附圖A)部分為本發(fā)明所述串聯(lián)濾波器實(shí)施例的示意圖。圖中的Ua、Ub、Uc為三相 電源，C為串聯(lián)電容器，L為串聯(lián)電感，電容C與電感L串聯(lián)構(gòu)成串聯(lián)濾波器，XBra為會產(chǎn)生 諧波電流的負(fù)荷。附圖B)部分為本發(fā)明所述低諧波整流器實(shí)施例的示意圖。圖中的Ua、Ub、Uc為三 相電源，C為串聯(lián)電容器，L為串聯(lián)電感，電容C與電感L串聯(lián)構(gòu)成串聯(lián)濾波器，JZG為晶閘 管整流器，D為直流電機(jī)。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖A)部分說明本發(fā)明串聯(lián)濾波器的一種
具體實(shí)施例方式當(dāng)ΧΒ 的工作電壓380V，負(fù)荷最大電流為100A時(shí)。電感L的電感量為6. 4毫亨， 電容C的電容量為1600微法，電感與電容的工作電壓為220V，工作電流為100A。下面結(jié)合附圖B)部分說明本發(fā)明低諧波整流器的一種
具體實(shí)施例方式當(dāng)整流器的工作電壓380V，負(fù)荷最大電流為100A時(shí)。電感L的電感量為6. 4毫 亨，電容C的電容量為1600微法，電感與電容的工作電壓為220V，工作電流為100A。
權(quán)利要求
一種電力系統(tǒng)中用于濾除諧波的濾波器，其特征在于所述的濾波器由電感與電容串聯(lián)構(gòu)成，并且串聯(lián)在電源與負(fù)荷之間，電感與電容對工頻基波頻率形成串聯(lián)諧振，電感或電容的工頻基波阻抗應(yīng)選擇在負(fù)荷等效阻抗的50％到200％之間(負(fù)荷等效阻抗為相電壓有效值與相電流有效值的比值)。
2.一種具有低諧波電流的整流器，其特征在于所述的整理器的電源端接入由權(quán)利要 求1所述的濾波器。
3.根據(jù)權(quán)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側(cè)的平波電 抗器。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的整流器，其特征在于所述的整流器的最小觸發(fā)角在相電壓 的過零點(diǎn)處。
全文摘要
一種由電感和電容串聯(lián)構(gòu)成的濾波器，串聯(lián)在電源與負(fù)荷之間，可以濾除各種頻率的諧波。電感或電容的工頻基波阻抗選擇在負(fù)荷等效阻抗的50％到200％之間(負(fù)荷等效阻抗為相電壓有效值與相電流有效值的比值)。由串聯(lián)濾波器與晶閘管整流器組合構(gòu)成的低諧波整流器，具有低諧波的輸入電流。
文檔編號H02J3/01GK101931233SQ20091024845
公開日2010年12月29日 申請日期2009年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月17日
發(fā)明者王家強(qiáng) 申請人:王家強(qiáng)