桥后采用电抗器的串联谐振无源PFC电路

摘要

近三四十年来，各种电力电子装置的迅速发展使得公用电网的谐波污染日趋严重，由谐波引起的各种故障和事故也不断发生，谐波危害的严重性才引起人们高度的关注。

谐波的危害十分严重。谐波使电能的生产、传输和利用的效率降低，使电气设备过热、产生振动和噪声，并使绝缘老化，使用寿命缩短，甚至发生故障或烧毁。谐波可引起电力系统局部并联谐振或串联谐振，使谐波含量放大，造成电容器等设备烧毁。谐波还会引起继电保护和自动装置误动作，使电能计量出现混乱。对于电力系统外部，谐波对通信设备和电子设备会产生严重干扰。因此，我们必须消除各种电网谐波，于是产生了各种各样的有源滤波器和无源滤波器，本次能力拓展训练让我们对桥后采用电抗器的串联谐振无源PFC电路进行设计和仿真。

关键词：谐波功率因数无源PFC电路

桥后采用电抗器的串联谐振无源PFC 电路

1.绪论

1.1谐波的产生与危害

从严格的意义来讲，谐波是指电流中所含有的频率为基波的整数倍的电量，一般是指对周期性的非正弦电量进行傅里叶级数分解，其余大于基波频率的电流产生的电量。从广义上讲，由交流电网有效分量为工频单一频率，因此任何与工频频率不同的成分都可以称之为谐波，这时“谐波”这个词的的意义已经变得与原意有些不符，但是我们仍然称之为谐波。

1.1.1谐波产生的原因

在理想的干净供电系统中，电流和电压都是正弦波的。在只含线性元件的简单电路里，流过的电流与施加的电压成正比，流过的电流是正弦波。

在电力系统中，谐波产生的根本原因是由于非线性负载所致。当电流流经负载时，与所加的电压不呈线性关系，就形成非正弦电流，即电路中有谐波产生。由于半导体晶闸管的开关操作和二极管、半导体晶闸管的非线性特性，电力系统的某些设备如功率转换器比较大的背离正弦曲线波形。

谐波电流的产生是与功率转换器的脉冲数相关的。功率变换器的脉冲数越高，最低次的谐波分量的频率的次数就越高。

电力谐波的产生大致有以下几个来源:①发电环节;②输电环节;③用电环节;④电力电子变流设备，如各种电力变流设备、相控调速和调压装置以及大容量的电力晶闸管可控开关设备。这些电力设备广泛地用于各行各业，量大面广，造成了比较严重的低次谐波、高次谐波、次谐波和间谐波电流问题。

1.1.2谐波的危害

谐波污染对电力系统的危害是严重的,主要表现在以下的几个方面：

（1）污染公用电网

对供电线路来说，由于集肤效应和邻近效应，线路电阻随着频率的增加会很快增加，在线路中会有很大的电能浪费。另外，在电力系统中由于中性线电流都很小，所以其线径一般都很细，当大量的谐波电流流过中性线时，会在其上产生大量的热量，不仅会破坏绝缘，严重时还会造成短路，甚至引起火灾。而当谐波频率与网络谐振频率相近或相同时，会在线路中产生很高的谐振电压。严重时会使电力系统或用电设备的绝缘击穿，造成恶性事故。如果公用电网的谐波特别严重，则不但使接入该电网的设备无法正常工作，甚至会造成故障，而且还会造成向公用电网的中性线注入更多电流，造成超载、发热，影响电力正常输送。（2）对电力变压器的影响

谐波电流的存在增加了电力变压器的磁滞损耗、涡流损耗及铜损,对带有不对称负荷的变压器来说，会大大增加励磁电流的谐波分量。谐波电流，特别是３次谐波侵入三角形连接的变压器，会在其绕组中形成环流，使绕组发热。对Ｙ形连接中性线接地系统中，侵入变压器的中性线的３次谐波电流会使中性线发热。（3）对电力电容器的影响

由于电容器对谐波的阻抗很小，谐波电流叠加到基波电流上，会使电力电容器中流过的电流有很大的增加，使电力电容器的温升增高，引起电容器过负荷甚至爆炸。同时谐波还可能与电容器一起在电网中形成谐振，并又施加到电网中，形成更严重的后果。

（4）对电机的影响

谐波会使电机的附加损耗增加，也会产生机械震动，产生甚至引起谐波过电压，使得电机绝缘损坏。

（5）对继电保护和自动装置的影响

对于电磁式继电器来说，电力谐波常会引起继电保护以及自动装置的误动作或拒动，造成整个保护系统的可靠性降低，容易引起系统故障或使系统故障扩大。如果继电保护装置是按基波负序量整定其整定值大小，此时，若谐波干扰叠加到极低的整定值上，则可能会引起负序保护装置的误动作，影响电力系统安全。（6）对通信线路产生干扰

在电力线路上流过幅度较大的奇次低频谐波电流时，通过电磁耦合，在邻近

电力线路的通信线路中产生干扰电压。干扰通信线路的正常工作，使通话清晰度降低，甚至会引起通信线路的破坏。

（7）对用电设备的影响

电力谐波会使电视机、计算机等的显示亮度发生波动，图像或图形发生畸变，甚至会使机器内部元件损坏，导致机器无法使用或系统无法运行。在电网中金属化膜电容器被大量用于无功补偿或滤波器，而在谐波的长期作用下，金属化膜电容器会加速老化。

（8）增加输电线路功耗

如果电网中含有高次谐波电流，那么，高次谐波电流会使输电线路功耗增加。如果输电线是电缆线路，与架空线路相比，电缆线路对地电容要大很多倍，而感抗远远小于架空线路的，所以很容易形成谐波谐振，造成绝缘击穿。

1.2谐波的治理措施

在电力系统中对谐波的抑制就是如何减少或消除注入系统的谐波电流，以便把谐波电压控制在限定值之内，抑制谐波电流主要有三方面的措施：

1.2.1 采取脉宽调制法

采用脉宽调制技术，在所需要的频率周期内，将直流电压调制成等幅不等宽的系列交流电压脉冲，这种方法可以大大抑制谐波的产生。

1.2.2 降低谐波源的谐波含量

在谐波源上采取措施，最大限度地避免谐波的产生。这种方法比较积极，能够提高电网质量，可大大节省因消除谐波影响而支出的费用。具体方法有：（1）增加整流器的脉动数

高次谐波电流与整流相数密切相关，即相数增多，高次谐波的最低次数变高，则谐波电流幅值变小。一般可控硅整流装置多为6相，为了降低高次谐波电流，可以改用12相或24相。当采用12相整流时,高次谐波电流只占全电流的10%，危害性大大降低。

（2）脉宽调制法

采用脉冲宽度调制，在所需的频率周期内，将直流电压调制成等幅不等宽的