公共直流母线变频传动系统供电电源的谐波分析和抑制方法研究

摘要

公共直流母线变频传动系统具有节能、防止过电压、提高设备运行可靠性、减少设备维护量和设备占地面积等优越性，但是由于变频传动系统的直流电源一般是由可控硅整流或二极管三相桥式全波整流组成，而负载为一系列功率不等的脉宽调制逆变器单元，因此，在供电系统输入电流存在由于6脉波整流带来的5次以上的高次谐波，而输出电流有频率为2KHz-20KHz不等的脉冲波。如果不加以抑制，将严重影响系统供电质量，甚至损坏设备。本文以西安某造纸厂的一个纸机变频控制系统为背景，重点研究该系统谐波问题及其治理方法。
　　 本文首先分析了公共直流母线变频传动系统的结构组成，硬件配置，简单介绍了主要的直流供电单元DSU、TSU以及逆变单元的组成和工作方式，晶闸管触发方式，并分析了该系统谐波来源和产生机理。
　　 其次，本文针对变频传动负载特征，重点分析了电容性负载三相整流电路的工作特性，给出了该电路主要参数的计算，定量分析了换相重叠角与控制角、变压器漏抗和负载电流的关系，分析了交流侧电流特性以及电感对电流的影响，分析了交流侧电流的计算方法以及产生的各次谐波成分，并通过仿真对分析结果进行论证。
　　 此外，针对变频传动系统谐波产生机理，研究了抑制谐波的方法。分析了十二脉波整流可以提高整流装置对系统的供电质量，并给出了十二脉波整流主电路的连接方式；还分析了系统安装进线电抗器与不安装进线电抗器时系统谐波情况，给出了必须安装进线电抗器的场合以及进线电抗器的选择方法；总结了其他一些防干扰方法；同时针对负载特征给出了无功功率补偿方法；并通过实际工程论证了以上方法的可行性和有效性。
　　 最后，在上述理论研究和分析基础上，以实际系统为对象，设计出了二极管供电单元DSU，并在实际中投入使用，至今一直运行良好。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1课题的研究背景和意义

1.1.1课题的来源

1.1.2课题的研究目的及意义

1.2谐波的产生和危害

1.2.1公共直流母线变频传动系统谐波的产生

1.2.2谐波对公共直流母线变频传动系统的危害

1.3整流系统谐波的抑制技术

1.3.1基于改造谐波源本身的谐波抑制方法

1.3.2多相整流谐波抑制技术

1.3.3基于谐波补偿装置功能的谐波抑制方法

1.4整流系统谐波问题国内外研究情况

1.5本文的主要工作

2公共直流母线变频传动系统结构和分析

2.1公共直流母线变频传动系统的组成

2.2公共直流母线系统硬件配置

2.2.1公共整流单元

2.2.2逆变单元

2.3公共直流母线传动系统谐波产生分析

2.4本章小结

3整流单元谐波分析及计算

3.1三相桥式整流电路分析

3.1.1三相桥式全控整流电路的工作原理及波形

3.1.2基本电量计算

3.1.3换相重叠角的分析和计算

3.2整流负载谐波分析方法

3.2.1整流负载的性质和分类

3.2.2整流负载谐波分析方法

3.2.3谐波计算中各种主要指标的定义

3.3容性负载整流电路谐波的计算

3.3.1整流过程及波形分析

3.3.2网侧电流及谐波的分析和计算

3.4容性负载整流电路仿真分析

3.4.1仿真模型的建立

3.4.2仿真结果分析

3.5本章小结

4公共直流母线变频传动系统干扰处理研究

4.1十二脉波整流的谐波抑制方法

4.1.1十二脉波整流的构成

4.1.2十二脉波整流的谐波分析。

4.1.3十二脉波供电单元硬件配置

4.2安装进线电抗器

4.2.1与变频器配套用的电抗器种类

4.2.2需要安装进线电抗器场合分析

4.2.3进线电抗器容量的选择

4.2.4进线电抗器对整流系统影响仿真分析

4.3公共直流母线变频传动系统其他防干扰措施

4.4无功功率补偿

4.4.1无功定义和分类

4.4.2 L-C滤波器补偿装置

4.4.3 L-C滤波器的设计思想

4.4.4三相不平衡负载的平衡化

4.5本章小结

5公共直流母线变频传动系统供电电源的设计与应用

5.1 4100／400瓦楞纸机传动控制系统的要求

5.2二极管供电单元DSU的结构选择

5.3整流电路主要元器件及散热器的选择

5.3.1二极管的选择

5.3.2阻容参数的设计

5.3.3散热器的选择

5.4进线电抗器的选择

5.5预充电回路的设计和控制

5.6本章小结

6结论

致谢

参考文献

附录A：名词缩写及解释

攻读硕士学位期间发表的学术论文