整流与谐波
两种整流变压器的电流谐波分析与测量
《电气开关》【 ２ ０ １ ３ ． Ｎ ｏ ． ６ ）
文 章编 号 ： １ ０ ０ ４— ２ ８ ９ Ｘ（ ２ ０ １ ３ ） ０ ６— ０ ０ ７ ４— ０ ４
两种整流变压器 的电流谐波分析与测量
晁储乾 ， 罗灿 坤
（ １ ． 湖 南省 电力公 司郴 州电业局 ， 湖南 郴 州 ４ ２ ３ ０ ０ ０ ； ２ ． 湖 南省 电力公 司柘 溪水 力发 电厂 ， 湖 南
ｐ ａ ｒ ｅ ｄ ｂ ｙ ｏ ｐｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ ｅ ｘ ｐ ｅ ｒ ｉ ｍｅ ｎ ｔ ．
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄｓ ： Ｙ ／ Ｙ ｒ ｅ ｃ ｔ ｉ ｉ ｆ ｅ ｒ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｆ ｏ ｍｅ ｒ ｒ ； Ｙ ／ Ａ ｒ ｅ ｃ ｔ ｉ ｉ ｆ ｅ ｒ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｆ ｏ ｒ ｍｅ ｒ ； ｈ ａ ｍｏ ｒ ｎ ｉ ｃ ｓ
流变压器 分 Ｙ ／ Ｙ与 Ｙ ／ Ａ两 种 ， 对 于这 两种 变压 器 的
电流谐波 的异 同 以及这两 种变 压器 组合运行 的电流谐 波 研究 尚少 。基 于 此 ， 本文重点分析 Ｙ ／ Ｙ与 Ｙ ／ Ａ 整 流变压 器 以及 两种 变压 器组合 运行 的 电流谐 波 。
的三相 交流 电转换 为 用 户所 需 的直 流 电 ， 由于整 流 元 件 非线 性 的工作 特性 ， 会 使 其 交 流侧 电流 产 生严 重 畸
益阳 摘 ４ １ ３ ５ ０ ８）
要： 电 网 中的谐 波污 染 日益严 重 ， 分 别分 析 了 Ｙ ／ Ｙ与 Ｙ ／ Ａ 整流 变压 器的 电流谐 波 ， 进行 了谐 波 次数 与 含 量
的 比较 ， 并对 Ｙ ／ Ｙ与 Ｙ ／ Ａ整流 变压 器组合 运行状 态下的母 线 电流 进行 了谐 波分析 ， 最后通 过 Ｙ ／ Ｙ 整 流 变压 器 、
整流系统谐波对变压器绕组热点的影响
促进我国新能源产业健康有序发展和创新经济增长方式具
有极高的战略意义。
２１第２ 鼍 贰 ７ ０年 １ １ 期露 麓 ｌ １ ０
目前 ，整 流变压 器 在工 厂负 载和温 升试 验使 用 时正 弦 电压和 电流 ，但 这并 不能 完全 反应整 流变 压 器现 场运 行时 的损 耗和温 升 热点 。实 际上 ，在现 场 运 行 时 ， 由于 整流 系统产 生 的谐波 影 响及变 压器 结 构 型 式的不 同 ， 绕组各 个 区域 的损耗将 有很 大不 同 ， 直 接 导致 局部温 度升 高 ，对变 压器 运行 寿命 产生 极 大影 响 ，严重 的甚 至导 致变压 器 故障 。本 文对两 种 典型 整流变 压 器结 构的 谐波 电流 分布进 行 分析 ，并 提 出解 决热 点 问题 的 方法 。
图 ２ 谐 波 电流 （ ，５ ，ｌ ，１ ， １ ，７ １ ３ ｌ ，１ ，２ ，２ ７ ９ ３ ５次 ）的损耗分 布
１ 谐 波 电流产 生 的损耗在 低压 线 圈的分 布
Ｉ Ｃ １ ７ — 及 ＧＢ Ｔ ８ ９ ． 均 介绍 了考虑谐 波 Ｅ ６ ３８１ ／ １４ ４ １ 电流 的绕 组总 损耗 的计 算方法 ，这种计 算 方法是 基
产品与解决 方案
整流 系统 谐 波对 变压 器绕 组 、、１影 响 ， ， － 热点 的 Ｉ Ｉ． ＇ － ，
鄢 克 勤
（ 中山 Ａ Ｂ变压 器有 限公 司，广 东 中 山 ５ ８４ Ｂ ２４ ９）
摘要 通过分析整流变压器的谐波电流分布， 出了由此产生的绕组热点的解决办法及实例 。 提 关键 词 ：损 耗分 布； 有 限元分析 ；典 型谐 波 电流含 量
制算法；光伏逆变器 ＭＰ Ｔ算法 ； Ｐ 光伏并 网逆变器孤 岛保护及 其控制策略；实用型 Ｌ Ｌ滤波器设计方法及工程实用的控制 Ｃ
整流电路的谐波分析
I
n2
2 n
1 为电压与基波电流间的相位差
1.2无功的基本概念
三相电路的功率因数： 对称：
P S P S
不对称：没有统一定义
理论依据不充分
关于无功、功率因数的计算值得探讨
3.谐波的产生与危害
主要谐波源： 传统非线性设备，包括变压器、旋转电机以及电弧炉等。 现代电力电子非线性设备 由于电力电子设备在各行业的大量应用，作为非线性设备 （谐波源）衍生物的电力谐波也比较普遍，根据日本电 气学会对186家有代表性的电力用户的调查结果，无谐 波源的用户仅占6％，主要谐波源来自90％的电力电子 装置用户，电力电子变换装置是目前主要的谐波源。
-50
-10
-50
-1
-100 0.5 0.505 0.51 0.515 time(s) 0.52 0.525
-20 0.53
-100 0.5 0.505 0.51 0.515 time(s) 0.52 0.525
-2 0.53
-400 0.10
0.12
0.14
0.16无功的基本概念
2） 非线性电路：
P, S 定义与线性电路相同
P U d I d U n I n cos n
n 1
S UI
U I
n 1 n n 1
n
U1 I1 1 THDu2 1 THDi2
2.无功的基本概念
Q 至今没有被广泛接受的权威定义
Q S 2 P2
3.谐波的产生与危害 谐波的危害：
1、线路损耗增加，传输能力下降 2、引起谐振和谐波的放大 3、使电机和变压器损耗增加，引起电机机械 振动 4、对继电保护、通信系统产生干扰
单相桥式不控整流电路的谐波分析
1.引言电力电子技术中, 把交流电能变成直流电源的过程称为整流，整流电路的作用是将交变电能变为直流电能供给直流用电设备。
本文研究的单相桥式不控整流电路也属于整流电路。
在本电路中，按照负载性质的不同，可以分为有电容滤波和无电容滤波两类。
如果把该电路的交流侧接到交流电源上，把交流电能经过交—直变换，转变成直流电能。
本文主要对单相桥式不控整流电路的原理与性能进行讨论,并分析其谐波。
侧重点在于借助Matlab 的可视化仿真工具 Simulink 对单相桥式不控整流电路进行建模,选取合适的元件参数，实现电路的功能,并观察不同元件参数改变时波形及谐波的变化情况，并得出相应的仿真结果。
2.Matlab 软件简介Matlab 提供了系统模型图形输入工具——Simulink 工具箱。
在 Matlab 中的电力系统模块库PSB以Simulink 为运算环境,涵盖了电路、电力电子、电气传动和电力系统等电工学科中常用的基本元件和系统仿真模型。
它由以下6个子模块组成:电源模块库、连接模块库、测量模块库、基本元件模块库、电力电子模块库、电机模块库。
在这6 个基本模块库的基础上,根据需要还可以组合出常用的、复杂的其它模块添加到所需的模块库中,为电力系统的研究和仿真带来更多的方便，本次仿真正是以Matlab中的Simulink 工具箱为基础进行的。
3.单相桥式不控整流电路的工作原理3.1单相桥式不控整流电路带电阻性负载的工作原理桥式整流电路如图1所示。
它是由电源变压器、四只整流二极管VD1-4和负载电阻R组成。
四只整流二极管接成电桥形式，故称桥式整流。
在u2正半周，VD1和VD4导通，其作用相当于导线，此时电流经VD1、R、VD4回到电源。
在u2负半周，VD2和VD3导通，其作用相当于导线，此时电流经VD2、R、VD3回到电源。
在R上各得到半个整流电压波形。
这样就在负载RL上得到一个与全波整流相同的电压波形，其电流的计算与全波整流相同，即UL = 0.9U2IL = 0.9 U2/R流过每个二极管的平均电流为Id = IL/2 = 0.45U2/R图1 单相桥式不控整流电路电阻负载原理图3.2电容滤波的单相不控整流电路的工作原理图2为电容滤波的单相桥式不控整流电路的工作原理图。
发电机组整流电压、电流中的谐波有哪些规律？
触发角为零时整流电压、电流中的谐波有哪些规律
触发角为零时整流电压、电流中的谐波规律为：
(l) m脉波整流电压Ud0的谐波次数为mk (m的倍数次)；整流电流的谐波由整流电压的谐波决定，也为mk次(m=l，2，3--)。
(2 )当m-定时，随谐波次数增大，谐波幅值迅速减小，表明最低次(m次)谐波是最主要的，其他次数的谐波相对较少。
当负载中有电感时，负载电流谐波幅值的减小更为迅速。
(3) m增加时，最低次谐波次数增大，且幅值迅速减小，电压纹波因数迅速下降。
一般在电路中采用哪些措施来防止晶闸管产生误触发，为了防止晶闸管误导通采取的措施有：(1)晶闸管门极回路的导线应采用金属屏蔽线，而且金属屏蔽层应接“地”。
(2)控制电路的走线应远离主电路，同时尽可能避开会产生干扰的器件。
(3)触发电路的电源应采用静电屏蔽变压器。
同步变压器也应采用有静电屏蔽的，必要时在同步电压输入端加阻容滤波移相环节，以消除电网高频干扰。
(4)应选用触发电流稍大的晶闸管。
(5)在晶闸管的门极与阴极之间并接0.01～0.luF的小电容，可以有效地吸收高频干扰。
三相桥式全控整流电路有何特点，其触发脉冲有何要求？
答：三相桥式全控整流电路，6个桥臂元件全都采用晶闸管。
它既可工作于整流状态，将交流变成直流；也可工作于逆变状态，将直流变成交流。
其触发脉冲的宽度均大于60°，即所谓“宽脉冲触发”，或者采用“双脉冲触发”。
整流变产生谐波原因
整流变产生谐波原因
整流变产生谐波的原因有以下几点：
1. 非线性特性：整流变中的非线性元件（如二极管）在正半周和负半周的导通特性不同，会引起谐波的产生。
2. 开关过程中的电流和电压转换：在整流变的开关过程中，电流和电压会发生突变，从而导致谐波的产生。
3. 电感和电容的特性：整流变中的电感和电容元件的特性也会引起谐波的产生。
4. 电源质量问题：如果整流变的电源质量不好，可能会引入电源谐波，进而影响整流变的输出波形。
总的来说，整流变产生谐波是由于整流变本身以及电源的特性导致的，需要合理设计和选择元件以尽量减小谐波的产生。
三相桥式整流电路中谐波电流的计算新方法
三相桥式整流电路中谐波电流的计算新⽅法三相桥式整流电路中谐波电流的计算新⽅法李槐树李朗如摘要提出了⼀种实⽤的新⽅法来计算三相桥式整流器所产⽣的谐波电流。
本⽅法考虑了交流侧电抗及电⽹中存在的谐波电压，导出了交直流两侧谐波电流的计算公式。
计算与实测结果表明，本⽅法准确实⽤。
关键词：三相桥式整流器波形畸变谐波电流谐波电压计算A New Method to Calculate Harmonic Currents in A Three-PhaseBridge RectifierLi Huaishu Li Langru(Huazhong University of Science and Technology 430074 China)Abstract This paper presents a new method to calculate the harmonic currents on both DC and AC sides in a three-phase bridge rectifier operating under pre-existing voltage distortion.The proposed method,which takes into account the AC side reactances and harmonic voltages already existing in AC network,gives out the calculating equations of DC and AC sides harmonic currents.Some practical rectifier circuits are calculated and carefully tested.The calculated results show that the proposed method is more accurate and more practical.Keywords:Three-phase bridge rectifier Voltage distortion Harmonic current Harmonic voltage Calculation1 引⾔电⼒系统中三相桥式整流器的使⽤极为⼴泛，由此引起的谐波电流也成了⼈们⽇益关注的问题。
大功率整流装置产生的谐波对电力系统的影响
大功率整流装置产生的谐波对电力系统的影响摘要：由于非线性负载以及电力电子器件的应用，大功率整流系统在实际运行中必然产生大量的谐波电流，从而给功率计量与系统效率提升带来一系列影响。
这不但对电网自身重要电气设备造成重大影响，而且给广大用户带来严重的危害，甚至已经影响到企业的正常生产和产品质量。
基于此，本文主要对大功率整流装置产生的谐波对电力系统的影响进行分析探讨。
关键词：大功率；整流装置；产生谐波；电力系统；影响1、前言在现代诸多工业生产工艺中，如电解金属工艺、串接石墨化工艺等，采用大功率整流装置供电已经相当普遍，即将220kV、110kV、35kV以及10kV等电压等级的高压交流电源进线，通过调压变压器-整流变压器组降压调压，再通过可控硅或二极管整流装置为生产系统输出0～1500V电压可调、电流最高可达350kA的直流电。
这样大功率的整流装置，对当地电力电网的影响是不可忽视的。
文中就大功率整流装置产生的谐波对电力系统的各种影响和危害做出定性分类，为电力系统和大功率整流装置用户进行谐波治理提供些许帮助。
2、谐波的不良影响供电系统存在高次谐波造成的影响和危害是多方面的，下面从两个方面来分别加以阐述：2.1整流装置的负荷特性及其对电力系统的影响2.1.1供电点的功率因数问题大功率整流装置的投入，若负荷内部没有充足的无功补偿容量，就会从系统吸收大量的无功功率，造成系统供电点处的功率因数下降。
2.1.2电力系统电压稳定性问题当大功率整流装置的工况处于变化较大时，如整流变压器组的调压变压器处于调压状态，整流装置的功率便会发生一定范围的波动。
尽管这个功率波动与大功率冲击性负荷相比对电力系统是一个微扰，但是如果上级电力系统存在无功功率缺陷，而整流装置调压变压器的有载分接头控制又缺乏“柔性智能”的策略，即不能在线识别系统的无功状态而单方面保持供电点处的电压水平，则势必将无功缺额转移到供电的主电压网，从而使主网电压严重下降，甚至发展成为“电压崩溃”。
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变频器公共直流母线和能量回馈方案
流与谐波
圈子类别：低压变频器 (晴天) 2007-12-9 13:24:00
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整流的作用是把交流电变成直流电，使用三相交流电的设备，比如变频器、UPS，在设备前端都有整流环节，目前整流环节的类型大概有两种，一种是使用二极管或可控硅的多脉冲整流，另一种是使用IGBT的PWM整流技术。
因为整流环节会向输入侧电网注入谐波，对同一电网里的其它设备产生干扰，所以谐波的大小是区别各种整流技术的重要指标。
PWM整流性能最好，价格也相对昂贵（因为IGBT的价格数倍于二极管和可控硅），多脉冲整流性能不如PWM整流，是一种经济的解决方法。
谐波有电压谐波和电流谐波两种，通常我们指的谐波一般是电流谐波。
我国电网使用的是50Hz 的交流电，我们把频率等于50Hz的交流电量叫做基波，频率不是50Hz的交流电量叫做谐波，实际谐波的频率是50Hz的整数倍，电网里也有非整数倍谐波，称为非谐波或分数谐波。
我们用谐波量的绝对值和相对值来衡量谐波电流的大小，单位是安（A），谐波的相对值等于谐波绝对值除以基波的绝对值，谐波相对值的英文缩写是THD，单位是%，各次谐波矢量和的绝对值与基波的比值就是总谐波畸变，单位也是%，厂家的技术文件中常见的总电流谐波畸变是重要的性能指标。
多脉冲整流的谐波。
多脉冲整流的脉冲数是6的整倍数，一般常见的有6、12、18、24、30、36，36脉冲以上的整流因为移相变压器制造难度太大，故很少采用。
6脉冲整流不需要用移相变压器，其它的都要用到移相变压器，移相变压器的作用是产生移相角。
多脉冲整流有多少脉冲就有多少个二极管或可控硅。
下面是6脉冲整流的原理图，每相用2 个二极管，三相就是6个，图中的二极
管可以换成可控硅，如果将图中的二极管换成IGBT就成了PWM整流。
这是12脉冲整流的原理图，用了12个二极管，其它的多脉冲整流依次类推。
假设整流脉冲数为N，N脉冲整流会产生NK+1次的谐波，就是说6脉冲整流会产生6K+1次的谐波，谐波序列为5、7、11、13……，12脉冲整流会产生12 K+1次的谐波，谐波序列为11、13、23、25……。
如果假设交流侧电抗为零，直流电感无穷大的理想情况，这时M次谐波电流的理论相对值为1/M，就是说5次谐波的理论值是1/5，也就是20%。
多脉冲整流谐波的理论值如下：
理论值与实际值有不小的出入，因为找不到变频器的数据，下面以某大功率UPS电源的实测值为例说明。
要注意的是一般厂家标称的谐波是相对值，而对电网影响的大小要用绝对值来衡量，绝对值=相对值×基波绝对值，比如说两台标称谐波值一样的变频器，功率大的对电网的影响大。
将6脉冲整流原理图中的二极管换成IGBT就成了PWM整流，因为开关频率高，输入谐波很小，PWM整流的电流总谐波畸变一般小于2%。
低压变频器一般用的都是6脉冲整流，这时候为了减小谐波电流可以给变频器加装输入电抗器和滤波器。
变频器使用PWM整流时除了有谐波小的好处外，还使变频器具有了电网回馈的能力，可以将制动时产生的能量返回电网，这种变频器厂家一般称为四象限变频器，由此衍生出一系列的专用四象限变频器，如提升机专用变频，油田磕头机专用变频器等等其实就是采用了PWM整流的变频器。
高压变频器中大量使用6脉冲以上的整流技术或PWM整流，如罗宾康的多重化高压变频一般用的是30脉冲或36脉冲整流，ABB的ACS5000系列高压变频用的是36脉冲整流，AB的PF7000高压变频有6脉冲、18脉冲和PWM整流三种前端。
在以上几种整流方式中，6脉冲整流是基础，为了解决6脉冲整流输入谐波大的问题，出现了12脉冲以上的整流，要减小多脉冲整流的输入谐波，可以在整流环节的前端增加滤波器。
常见的组合是：6脉冲整流+5次滤波器，滤除含量最大的5次谐波，削弱其它谐波；12脉冲整流+11次滤波器，滤除含量最大的11次谐波，削弱其它谐波。
18脉冲整流的输入电流总THD仅有6%左右，就算不加滤波器也能满足要求，所以18脉冲以上的整流一般不加输入滤波器。
因为6/12次脉冲整流+滤波器的组合比18脉冲以上的整流价格更低，但是输入谐波指标很接近，所以实际采用的很多。
优缺点总结：多脉冲整流的优点是谐波含量小，脉冲数越多谐波越小，缺点是移相变压器要消
耗额外的能量，消耗的能量以热量的形式发散出来，所以一般移相变压器配有专门的散热器，另外因为移相变压器和散热器的存在，体积比较大。
PWM整流各方面的性能最好，而且具有电网回馈能力，缺点是价格比较贵。