文档介绍：中频电源谐波分析
中频电源由于采用了晶闸管整流电路,其输入电流不是正弦波。对于最基本的三相6脉整流电路,其输入电流是一个宽度为120°的正负对称的方波电流。这种非正弦波,除了基波(频率与电网频率相同)外,还含有许多谐波电流。谐波电流是有害无益的,它一方面增加了整流变压器铁心的涡流损耗,同时,会使接在电网中的电容负载(如无功补偿电容器)和其他具有电磁铁心的负载(如变压器、电动机、交流接触器等)过热,对有线广播及电讯产生干扰,并会对共用电网的精密测量仪器产生附加误差。随着功率的增大,谐波对其他用电设备的影响变得更加恶劣。为此,世界各国对整流电路的容量和谐波含量都有限制。
为了减少大功率中频电源对电网的干扰,可采用两个方法。第一种方法是被动地吸收谐波电流,可采用加接无源的LC滤波器或有源的电力电子滤波装置,以它来提供谐波电流的通路,从而减小谐波电流对其他电器的影响。这种方法需要增加的滤波装置随电源功率的增大,其制造代价相当昂贵。另外一个更为有效的方法主动减少谐波含量,主要是增加整流相数,即增加整流电压的脉波数。下面我们对基本的6脉整流中频电源和增加脉波数减少谐波含量的12脉整流中频电源及24脉整流中频电源的工作波形进行分析比较。
一、6脉整流电路
6脉整流中频电源的电路结构如图1(A)所示,图1(B)是6脉整流电路的工作电流波形。根据数学分析可知,其电网电流的数学表示如下:
对上述公式的数学计算表明,谐波电流总幅值与基波电流的比例为29%。最低次谐波是5倍频,幅值达20%。可见6脉整流电路的谐波含量比较高。因此大功率中频电源不宜采用6脉整流结构。
电路结构
电流波形
图1 6脉整流中频电源
二、12脉整流电路
12脉整流中频电源的电路结构如图2(A)所示,图2(B)是12脉整流电路的工作电流波形。根据数学分析可知,其电网电流的数学表示如下:
对上述公式的数学计算表明,谐波电流总幅值与基波电流的比例为14%。与6脉整流电路相比,谐波含量大大减少,且最低次谐波是11倍频,幅值仅为9%。实际上由于变压器及传输线路的分布阻抗有一定的滤波效果,一般实测的谐波含量要低于理论计算值。
电路结构
(B)电流波形
图2 12脉中频电源
三、24脉整流电路
24脉整流中频电源的电路结构如图3(A)所示,图3(B)是24脉整流电路的工作电流波形。根据数学分析可知,其电网电流的数学表示如下:
对上述公式的数学计算表明,谐波电流总幅值与基波电流的比例为7%,谐波含量已经很低。由于最低次谐波是23倍频即1150HZ,频率远高于基波频率,经过变压器漏阻抗及传输线路的分布阻抗滤波后,衰减很快。因此在电网接入点实测时,谐波含量比理论计算要小的多,一般低于3%。
电路结构
电流波形
图3 24脉中频电源
四、分析结论
根据以上分析结果,我们将三种整流电路的谐波特性列表比较如下:
名称类型
6脉整流
12脉整流
24脉整流
总谐波含量
29%
14%
7%
最低次谐波
5倍频
11倍频
23倍频
GW-20/
20吨钢壳中频炉技术参数
参数名称
单位
数值
整流模式
脉
24
铁水容积
吨
20-25
最大功率
KW
12000
单位电耗
度/吨
580