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２００６年９月 火控雷达技术 第３５卷 文章编号：１００８—８６５２（２００６）０３－－０３２～００３ 利用变压器和并联谐振的谐波抑制方法 谢 斌 杨 莉 （西安电子工程研究所 西安７１０１００） 【摘要】对电压型谐波源提出一种利用变压器和并联谐振抑制谐波的新方法，并通过实验验 证了这种方法的有效性。 关键词：谐波源；变压器；并联谐振；谐波滤波器 中图分类号：ＴＮ ７１３ 文献标识码：Ａ Ａ Ｈａｒｍｏｎｉｃ Ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ Ａｐｐｒｏａｃｈ Ｕｓｉｎｇ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ ａｎｄ Ｐａｒａｌｌｅｌ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｘｉｅ Ｂｉｎ Ｙａｎｇ Ｌｉ （Ｘｉ’ａｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｘｉ’ａｎ，７ １ ０ １ ００） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ ｎｏｖｅｌ ｈａｒｍｏｎｉｃ ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ ａｐｐｒｏａｃｈ ｆｏｒ ｖｏｌｔａｇｅ ｈａｒｍｏｎｉｃ ｓｏｕｒｃｅ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｏｆ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ ａｎｄ ｐａｒａｌｌｅｌ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｉｓ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ａｎｄ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ａｐｐｒｏａｃｈ ｉＳ ｖｅｒｉｆｉｅｄ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｌｙ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｈａｒｍｏｎｉｃ ｓｏｕｒｃｅ；ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ；ｐａｒａｌｌｅｌ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ；ｈａｒｍｏｎｉｃ ｆｉｌｔｅｒ 引言 在谐波分析中我们常把产生谐波的干扰源分为电流型谐波源和电压型谐波源。一般来说，电流型谐波源 的内阻抗比系统阻抗大得多，而电压型谐波源的内阻抗比系统阻抗小得多，我们可以大致据此来区分谐波源 的类型。 在电力系统中，大多数的谐波源都属于电流型谐波源，例如变压器、换流器、电弧炉、电气化铁道与电力 机车等。但是近年来，如电压型变频装置、开关电源和不间断电源等设备对电网的谐波污染问题越来越突出。 特别是数量巨大的民用负载，如彩色电视机、个人电脑等家用电器和办公没备，都是内含开关电源的，它们的 日益普及带来的谐波污染问题是非常严重的。而这些装置都是直流侧含有滤波电容整流电路的电压型谐 波源。 电压型谐波源的谐波抑制 相对与电流型谐波源的滤波分流方式，对电压型谐波源的滤波则应采取分压的方式。例如在电压型变频 器中的交流侧和直流侧串联电抗器后则明显地对谐波有所抑制，改善了功率因数，也可以实现变频器驱动系 统与电源之间的匹配。另外在变频器输入侧没有装设专用变压器时，在输入侧接人交流电抗器使整流阻抗增 大，从另一个角度说整流阻抗增大则整流重叠角增大，从而改善畸变的电流波形，使其接近于正弦波［１］。但是 为了不使电抗器在基频下有较大的损耗，则对电抗器的容量应有所控制。在选择电抗器的容量时应按下式 计算 引： ＋收稿日期：２００５—１０～０８ ３２ 维普资讯 http://www.cqvip.com
第３期 谢斌利用变压器和并联谐振的谐波抑制方法 Ｌ一（２ ～５ ）Ｖ／２７ｒ Ｊ （１） 式中： 为额定电压，，为额定电流， 为最大频率。上式也可以理解为，在选择电抗器的容量时，应使在额定 电压和额定电流的条件下电抗器的电压损耗应该在２ ～５ 的范围内。 除了串联电抗器外，还可以串联一个ＬＣ并联的滤波器。这样在谐振频率上ＬＣ并联回路产生一个最大 的阻抗，从而达到滤除该次谐波的目的。但是在基波电流比较大的时候，例如要抑制３次谐波，就需要并联一 个比较大的电容，这势必就要增加滤波器的体积和提高成本。 ３ 利用变压器和并联谐振的谐波抑制方法 设法减小滤波器的体积，关键是要减小电容的体积。目的是用一个容值较小的电容来实现一个容值较大 的电容的功能，这时就可以利用变压器来实现这一目的。 由变压器的阻抗变换性质知，在匝比为 （ ＞１）情况下，变压器次 级的电容Ｃ等效到变压器初级时则变为ｎ２Ｃ。这样就可以利用变压器 的这一性质，只要在变压器的次级接一个容值较小的电容，就可以在 初级得到一个前面所提到的容值比较大的电容，这个等效的电容和初 ｕ ｚ・ （２） （３） … 一 （４） 可以得出： ＩＬ＝２Ｏｌｏｇ（ ） （５） 由（２）式可知，ＩＬ的大小由 、 和ｚ，的大小所决定。由于电压型谐波源确定了，Ｚ 的大小也就确定了， 应该是一个相对较小的值；电网的阻抗虽然有波动，但波动不会很大，因而ｚ，也可以当成一个定值。所以ＩＬ 的大小应该由滤波器的阻抗ｚ，的大小所决定。为了要得到一个较大的插入损耗，应尽量地增大滤波器的阻 抗Ｚ，。接下来讨论滤波器的阻抗ｚ，。在实际中滤波器的阻抗ｚ，（即次级负载为电容的变压器的阻抗）的等效 电路如图２所示。图中，ｚ，为滤波器的阻抗；Ｒ 为变压器初级线圈的电阻；厶 为变压器初级线圈的漏电感； 厶为变压器初级线圈的电感；尺。为铁心的损耗电阻；厶 为换算到初级线圈的次级线圈漏电感；Ｒ 为换算到 初级线圈的次级线圈电阻；Ｃ 为换算到初级线圈的次级线圈的电容。 由于所讨论的变压器属于小型变压器，变压器初级线圈的漏电感Ｌ 和换算到初级线圈的次级线圈的 漏电感Ｌ 都是相对较小的值。所以在计算变压器的阻抗ｚ，时，将忽略厶 和Ｌ 这对计算没有太大的影响， 因而可以将图２简化为图３。由图３可以得出（忽略Ｒ 的影响）： 一 十丽＋ ｌ一十 ＋——Ｌ１ 一 （６） 为了使ｚ／变大，由式（６）我们得出尺。越大越好，尺 越小越好。所以要增大滤波器的阻抗，在制作变压器时尽 维普资讯 http://www.cqvip.com
２００６年９月 火控雷达技术 第３５卷 ｄ 图２ 滤波器ｚ，的等效电路 图３ 简化的滤波器等效电路 Ｂ Ｈ ｌ ６ ４ ０ ０ ０ 量降低变压器的铁损和铜损。下面我们用一个实验来验证一下这个方法。 ４ 实验研究 针对某装置３次谐波制作一个滤波器，具体参数取值为Ｒ。一０．３Ｄ，Ｒ 一１．５Ｄ，Ｌ。一２．７ｍＨ，Ｌ 一 ５７ｍＨ，Ｃ一２０ ，滤波器初级线圈的额定电流为１０Ａ。实验仪器为安捷伦８５６３ＥＣ频谱分析仪和电流卡钳， 实验方框见图４。 图４ 实验方框图 实验步骤：在串联滤波器之前测出装置电流的频谱，在串联滤波器之后再测出其电流的频谱，然后比较 两次的结果，实验结果见图５。图５中虚线代表串联滤波器之前的电流频谱，实线代表串联滤波器之后的电 流频谱。从图５可以明显地看出，３次谐波得到了很好地抑制。而对基波的损耗很小。滤波器在３次谐波处 的插入损耗ＩＬ－－－１２．５ｄＢ。由式（５）可得： Ｈ尺，３—２３．７ ＨＲＩ３ 即插入滤波器之后的３次谐波含有率是插入滤波器之前的３次谐波含有率的２３．７ 。 ｔ ｌ ｉ １ ８ ：７ ｙ Ｉ ｉｌ Ｉ ． Ｉ Ｉｌ ｌ ：＿ ０ 、 ， 向 ｄ Ｗ ＵＬ： Ｔ ５０ ｌ５０ ２５０ ３５０（Ｈ 图５ 两次结果对比图 参考文献： ［１］吴忠智、吴加林鳊著．变频器应用手册［Ｍ］．北京：机械工业出版社，１９９５． ［２３原奎、刘伟强鳊著．变频器基础及应用［Ｍ］．北京：冶金工业出版社，１９９７． ０
