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并联型12脉波整流系统直流侧有源谐波抑制研究

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中国科学：技术科学 2011年第12期41卷 1628-1639页

作者：孟凡刚杨威杨世彦哈尔滨工业大学(威海)信息与电气工程学院电力电子与电力传动研究所威海264209 哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院脉冲电源研究室哈尔滨150001

为提高多脉波整流系统的谐波抑制能力,降低系统的开关损耗,研究了一种多脉波整流系统直流侧有源谐波抑制方法.根据多脉波整流系统交、直流侧电流关系,分析了输入电流为正弦波时所需的环流,并给出了可实现的环流形状;根据有源平衡电抗器... 详细信息

为提高多脉波整流系统的谐波抑制能力,降低系统的开关损耗,研究了一种多脉波整流系统直流侧有源谐波抑制方法.根据多脉波整流系统交、直流侧电流关系,分析了输入电流为正弦波时所需的环流,并给出了可实现的环流形状;根据有源平衡电抗器副边电压和可实现环流的关系,确定了可通过在有源平衡电抗器副边串联电阻消耗输入电流谐波能量;为回收串联电阻所消耗的谐波能量,设计了半桥PWM整流电路串联于有源平衡电抗器副边,回收谐波能量并返送给负载,实现了谐波能量的回收再利用.实验结果表明,PWM整流器正常运行时,系统功率因数近似为1,且系统的谐波抑制性能不受负载变化和输入电压变化影响.

关键词：多脉波整流系统有源谐波抑制有源平衡电抗器 PWM整流器

输入侧断相对多脉波整流器直流侧谐波抑制方法的影响

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电机与控制学报 2018年第8期22卷 54-64页

作者：袁野孙玉坤孟凡刚孟高军江苏大学电气信息工程学院江苏镇江212013 南京工程学院电力工程学院江苏南京211167 哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院黑龙江哈尔滨150001

为描述多脉波整流器断相时的故障特征,分析了断相对使用直流侧谐波抑制方法的多脉波整流器的影响。以使用两抽头变换器的24脉波整流器和使用有源平衡电抗器的12脉波整流器为例,分析了正常工作和断相运行时整流器各处的电压和电流特征。... 详细信息

为描述多脉波整流器断相时的故障特征,分析了断相对使用直流侧谐波抑制方法的多脉波整流器的影响。以使用两抽头变换器的24脉波整流器和使用有源平衡电抗器的12脉波整流器为例,分析了正常工作和断相运行时整流器各处的电压和电流特征。通过理论分析和实验验证,结果表明断相会导致两整流桥输出电压的瞬时差等于零,进而使抽头变换器和有源平衡电抗器不能产生环流去抑制输入电流谐波;同时,断相运行也将使负载电压纹波显著增大,即断相将导致输入侧和负载侧电能质量恶化。相关结论可为并联型多脉波整流器断相故障的分析和实时处理提供理论依据。

关键词：多脉波整流器断相平衡电抗器抽头变换器有源平衡电抗器

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一种大电流整流器的谐波抑制方法研究

电机与控制学报 2020年第4期24卷 104-112页

作者：刘可真陈泽昊孟凡刚杨世彦昆明理工大学电力工程学院昆明650093 哈尔滨工业大学电气工程学院哈尔滨150001

针对应用星形联结自耦变压器的大电流整流器,提出一种应用有源平衡电抗器(AIPR)抑制其输入电流谐波的方法。分析不使用有源平衡电抗器时的输入电流、负载电压及自耦变压器的容量;给出有源平衡电抗器副边所接辅助电路的拓扑及其控制方法... 详细信息

针对应用星形联结自耦变压器的大电流整流器,提出一种应用有源平衡电抗器(AIPR)抑制其输入电流谐波的方法。分析不使用有源平衡电抗器时的输入电流、负载电压及自耦变压器的容量;给出有源平衡电抗器副边所接辅助电路的拓扑及其控制方法;当整流器输入电流谐波得到最大抑制时,确定辅助电路输入电流的幅值、频率和相位,并计算有源平衡电抗器对负载电压、自耦变压器容量的影响。实验结果表明,使用有源平衡电抗器后,整流器的输入电流总谐波畸变率(THD)由27%降到了3. 7%,输入电流谐波得到显著抑制;辅助电路的容量仅为负载功率的5. 1%,谐波抑制代价较小;负载电压不受有源谐波抑制方法的影响,仍为6脉波;有源谐波抑制方法改变了星形联结自耦变压器的绕组电流,导致其容量由95%上升到105%。

关键词：大电流整流器谐波抑制有源平衡电抗器有源谐波抑制方法星形联结自耦变压器总谐波畸变率

直流侧带PWM整流器的12脉波整流系统及其负载适应性

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电工技术学报 2012年第8期27卷 85-92页

作者：朱屹杨世彦孟凡刚哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院哈尔滨150001

提出一种直流侧带小容量单相PWM整流器的12脉波整流系统,通过环流抑制谐波机理,分析得出控制辅助PWM整流器工作在单位功率因数状态,使系统直流侧产生合适的三角波环流,能够显著抑制输入电流谐波。对于大功率整流系统常用的LR和LCR型负载... 详细信息

提出一种直流侧带小容量单相PWM整流器的12脉波整流系统,通过环流抑制谐波机理,分析得出控制辅助PWM整流器工作在单位功率因数状态,使系统直流侧产生合适的三角波环流,能够显著抑制输入电流谐波。对于大功率整流系统常用的LR和LCR型负载,分析了输入电流THD值与负载参数的关系,系统均能达到较好的谐波抑制效果。研制了一台额定功率为6.4kW的系统,额定负载下输入电流THD值约为1%,实验结果验证了系统负载适应性及其在大功率场合的应用价值。

关键词：多脉波整流谐波有源平衡电抗器 PWM整流器

线圈加热电源的直流侧抑制网侧电流谐波技术研究

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线圈加热电源的直流侧抑制网侧电流谐波技术研究

作者：冮柏林哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

线圈加热电源通常工作于低压大电流状态,由于双反星形整流电路结构简单、导通损耗小和能量转换效率高,因而成为线圈加热电源采用的主要电路拓扑。但双反星形整流电路作为电网的一种强非线性负载,会产生大量电流谐波,对电网产生严重的谐... 详细信息

线圈加热电源通常工作于低压大电流状态,由于双反星形整流电路结构简单、导通损耗小和能量转换效率高,因而成为线圈加热电源采用的主要电路拓扑。但双反星形整流电路作为电网的一种强非线性负载,会产生大量电流谐波,对电网产生严重的谐波污染,在大电流情况下其对电能质量的影响更为严重。因此,本文根据直流侧有源谐波抑制技术和线圈加热电源的具体特点,展开线圈加热电源的直流侧抑制网侧电流谐波的技术研究,主要就其可行性、直流侧抑制网侧电流谐波机理和有源平衡电抗器的设计实现展开。根据交直流侧电流关系,建立了网侧输入电流与直流侧环流之间的函数关系,分析了抑制网侧电流谐波的直流侧环流类型,为直流侧抑制网侧电流谐波提供理论支撑。分析了常规双反星形整流器的输入输出特性,明确了常规双反星形整流器输入电流中各特征次谐波组成与含量。在此基础上,建立了直流侧环流和网侧输入电流之间的关系表达式,并得到了抑制网侧电流谐波的直流侧环流表达式,得到了直流环流的形状参数。直流侧环流回路的能量特性的分析结果表明,系统是通过从直流提取网侧谐波能量实现对网侧电流谐波抑制的。根据抑制网侧输入电流谐波的直流侧环流的波形参数,明确了有源平衡电抗器(Active inter-phase reactor,AIPR)应具备的功能并进行了AIPR的具体设计。AIPR主电路采用单相PWM整流电路拓扑。给出了基于AIPR的线圈加热系统的工作原理,明确了其工作流程。在此基础上,设计了环流提取电路的主电路参数,即交流侧输入电感值和直流侧支撑电容值。依据环流提取电路应具备的功能,合理设计了控制和驱动电路,以保证环流提取电路能够准确提取所需环流,实现对网侧输入电流谐波的有效抑制。按照具体的设计方案,研制了一台基于AIPR的线圈加热实验样机,为了验证AIPR的谐波抑制效果及系统的特性,对实验结果进行了详细分析。通过理论分析和实验结果可知,用于抑制网侧谐波的AIPR的容量很小,AIPR应用于系统后,能在保持系统低导通损耗的前提下,将输入电流的THD减小为原来的五分之一,为该类设备的实际应用提供技术储备。

关键词：线圈加热电源有源平衡电抗器谐波抑制直流侧环流

四星整流器AIPR的负载适应范围及拓展方法研究

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四星整流器AIPR的负载适应范围及拓展方法研究

作者：李和宝哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

三相半桥并联整流器广泛应用于电解、电镀和电加热等低压大电流、大功率工业场合,但整流器件的强非线性给电网带来了严重的谐波污染。基于整流器直流侧的有源谐波抑制技术能够大幅降低网侧电流谐波,因此,本文以有源谐波抑制技术为基础,... 详细信息

三相半桥并联整流器广泛应用于电解、电镀和电加热等低压大电流、大功率工业场合,但整流器件的强非线性给电网带来了严重的谐波污染。基于整流器直流侧的有源谐波抑制技术能够大幅降低网侧电流谐波,因此,本文以有源谐波抑制技术为基础,研究了一种基于有源平衡电抗器(Active Inter-phase Reactor,AIPR)的四星整流器,并对其负载适应性以及拓宽负载适应范围的可行性方法进行了研究。本文从四星整流器的工作原理出发,通过对磁性器件的结构分析,建立了整流系统的数学模型,确定了系统交、直流侧的电流和电压特性;推导出了网侧电流与负载电流和直流侧环流之间的表达式;并对平衡电抗器副边的有源辅助电路特性和容量进行了分析;最终得到了网侧电流谐波最小时直流侧环流的类型以及该环流抑制网侧电流谐波的机理。为了验证环流抑制网侧电流谐波的机理,设计并实现了一种单相PWM整流电路作为抑制网侧电流谐波的有源辅助电路。首先,给出了辅助电路的主拓扑结构和工作原理,并对主要器件的参数进行了设计;然后,在此基础上设计了提取特征次谐波能量的控制电路和驱动电路;最后,通过仿真和搭建的输出功率2.65kW的基于AIPR的四星整流器,验证环流对网侧电流谐波的抑制效果。在已搭建的仿真和实物平台基础上,对基于AIPR的四星整流器的两种常见负载(LR和LCR)的适应性进行了具体的研究。分析了不同负载类型的输出电流纹波、环流以及网侧谐波三者之间的关系;根据不同负载的参数变化对负载适应性的影响,确定了这两种负载的适应范围;给出了相应的仿真和实验验证。通过对系统的负载适应性分析可知,PWM整流电路回馈电流的不可控性增大了系统输出电流纹波,而大电感负载在造成系统成本、体积增加的同时也局限了负载的适应范围。因此,为了有效拓宽负载的适应范围,针对系统谐波能量与平抑纹波所需的能量做了具体分析,提出了一种平抑整流系统输出电流纹波的方法,该方法由前级PWM整流电路和后级Buck电路组成。并就变换器的结构和工作原理作以具体说明,最后通过仿真验证纹波平抑和大电感的等效作用。

关键词：谐波抑制有源平衡电抗器负载适应性纹波平抑