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并联有源电力滤波器交流侧滤波电感的优化设计


作者:浙江大学电气工程学院 徐迎春,徐德鸿 来源:不详 时间:06-06-16 加入收藏加入收藏夹
关键字:谐波  有源电力滤波器  滤波电感  设计  并联有源电力滤波器



2 滤波电感对补偿精度的影响


  非线性负载为三相不控整流桥带电阻负载,非线性负载交流侧电流iLa及其基波分量如图5所示(以下单相分析均以A相为例)。指令电流和实际补偿电流如图6所示。当指令电流变化相对平缓时(如从π/2到5π/6段),电流跟踪效果好,此时,网侧电流波形较好。而当指令电流变化很快时(从π/6开始的一小段),电流跟踪误差很大;这样会造成补偿后网侧电流的尖刺。使网侧电流补偿精度较低。
  假如不考虑指令电流的计算误差,则网侧电流的谐波含量即为补偿电流对指令电流的跟踪误差(即图6中阴影A1,A2,A3,A4部分)。补偿电流对指令电流的跟踪误差越小(即A1,A2,A3,A4部分面积越小),网侧电流的谐波含量(尖刺)也就越小,当补偿电流完全跟踪指令电流时(即A1,A2,A3,A4部分面积为零时),网侧电流也就完全是基波有功电流。由于滞环的频率较高,不考虑由于滞环造成的跟踪误差,则如图6所示网侧电流的跟踪误差主要为负载电流突变时补偿电流跟踪不上所造成的。
  分析三相不控整流桥带电阻负载,设Id为负载电流直流侧平均值。Ip为负载电流基波有功分
  
  下面介绍如何计算A1面积的大小,
 
  由式(1)~式(4)可以求出a1及t1的值。
  在π/6< ωt< ωt1(即1/600< t< t1)区间内,ic与ic*之间的跟踪误差面积A1为
 
  因此,在一个工频周期内,电流跟踪误差的面积A为
 
这里假定上电容电压Uc1等于下电容电压Uc2,Usm为电网相电压峰值,L为滤波电感值(假设La=Lb=Lc=L),Id为非线性负载直流侧电流。

3 滤波电感对系统损耗的影响
  有源滤波器一个重要的指标是效率,系统总的损耗Ploss
 
式中:Pon为开关器件的开通损耗;
  Poff为开关器件的关断损耗;
  Pcon为开关器件的通态损耗;
  Prc为吸收电路的损耗。[FS:PAGE]
3.1 IGBT的开通与关断损耗
  有源滤波器的A相主电路如图7所示。假设电感电流ic为正时,则在S4开通之前,电流ic通过二极管D1流出,当S4开通后,流过二极管D1的电流逐渐转移为流过S4,只有当Dl中电流下降到零后,S4两端的电压才会逐渐下降到零。因此,在S4的开通过程中,存在着电流、电压的重叠时间,引起开通损耗,如图8所示。


  由图8可知单个S4开通损耗为
 
式中:ic(t)为IGBT集电极电流;
  Uc为集射之间电压(忽略二极管压降即为 主电路直流侧电压);
  ton为开通时间;
  T0为一个工频周期;
  fs为器件平均开关频率;
  Iav为主电路电流取绝对值后的平均值。
类似可推得关断损耗为

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