网侧变流器谐波分析

1 内容要求

1.1题目

网侧变流器谐波分析

1.2摘要与关键词

1.2.1摘要：研究了网侧变流器谐波的产生的原因，谐波特点，谐波抑制方法。分析了两电平及三电平4象限变流器的主电路拓扑及控制策略。利用双边傅立叶级数法，给出了两种4象限变流器网侧电流的谐波公式，总结了谐波分布规律。编制了CRH2和CRH5型动车组4象限变流器的仿真软件，研究了不同牵引和制动功率下，网侧电流的THD及各次谐波电流大小，验证了理论分析的正确性。Summary：Research network converter harmonic generation of reason, characteristic harmonic, harmonics suppression methods. Analysis of two-level and three-level 4 quadrant converter main circuit topology and control strategies. Using bilateral Fourier series method, gives two side current harmonics 4 quadrant converter network formula, summed up the harmonic distribution. Preparation of CRH2 and CRH5 EMU 4 quadrant converter simulation software, studied under different traction and braking power, net current THD and harmonics of current size, and verifies the correctness of the theoretical analysis.

1.2.2关键词：谐波分析；脉宽调制；电感设计；交流传动；4象限变流器；双边傅立叶变换；仿真；

Key words: harmonic analysis, pulse-width modulation; inductor design AC drives; 4 quadrant converter bilateral Fourier transform; simulation;

1.3正文

1.3.1绪论

交流传动课程设计是交流传动课程重要的实践性教学环节，是对我们学生学习交流传动技术的综合性训练，这种训练是通过我们独立进行某一个课题的分析、设计和仿真来完成的

通过交流课程传动的课程设计要求我们：

根据给定的题目，自己搜集相关资料，并运用所学过的关于电力电子和交流传动的知识内容，对网侧变流器谐波的产生的原因，谐波特点，谐波抑制方法进行分析，并做出相关的仿真。

通过查阅手册和文献资料，培养我们独立分析问题和解决实际问题的能力。

了解几种常见网侧变流器以及其谐波特点，谐波抑制方法，学会电路的仿真设计技能，掌握电路的测试方法及制作方法。

学会撰写课程设计总结报告，培养我们严肃认真的工作作风和严谨的科学态度。

1.3.2设计主体

1.3.

2.1谐波产生原因

从结构来看，变频器可分为间接变频和直接变频两大类。间接变频将工频电流通过整流器变成直流，然后再经过逆变器将直流变换成可控频率的交流。

直接变频器则将工频交流变换成可控频率的交流，没有中间的直流环节。它的每一相都是一个两组晶闸管整流装置反并联的可逆线路。正反两组按一定周期相互切换，在负荷上就获得了交变输出的电压U0,U0的幅值决定于各整流装置的控制角，频率决定于两组整流装置的切换频率。目前应用较多的还是间接变频器。间接变频有三种不同的结构形式：

（1）用可控整流器变压，用逆变器变频，调压和调频分别是在两个环节上进行，两者要在控制电路上协调配合。

（2）用不控整流器整流斩波器变压、逆变器变频，这种变频器整流环节用斩波器，用脉宽调压

（3）用不控整流器整流，PWM逆变器同时变频，这种变频器只有采用可控关断的全控式器件（如IGBT等）输出波形才会非常逼真的正弦波。

无论是哪一种的变频器，都大量使用了晶闸管等非线性电力电子元件，不管采用哪种整流方式，变频器从电网中吸取能量的方式均不是连续的正弦波，而是以脉动的断续方式向电网索取电流，这种脉动电流和电网的沿路阻抗共同形成脉动电压降叠加在电网的电压上，使电压发生畸变，经傅里叶分析可知，这种非同期正弦波电流是由于频率相同的基波和频率大于基波频率的谐波组成。

单脉冲整流器谐波分布理论分析

对于单个脉冲整流器来说，其控制方式采用双闭环控制。电压外环采用PI控制器使得实际的直流侧电压Ud跟踪直流侧电压给定值Ud，从而保持直流侧电压稳定。电流内环主要使实际的网侧电流i n跟踪给定的网侧电流i n实现单位功率运行。i n的幅值和频率通过PI电压外环控制器和锁相环(PLL)得到。由此分析，在电压外环PI控制器中，由于实际直流侧电压有2次纹波，则其输出i n的幅值表达式也含有2倍电网频率的分量，将其与锁相环采样得到的与电网同频率的正弦信号相乘，得到网侧电流的给定值i。，其中必然含有3次谐波，实际网侧电流跟踪给定的网侧电流，则最终实际网侧电流i。就含有较大3次谐波。与上述分析相同，i。中的3次谐波通过整流器后，必然会导致网侧电流i。含有5次谐波，依次类推，从理论分析上可以得出，网侧电流中3，5，7，9，11 等奇次谐波含量较大。该型动车组脉冲整流器的开关频率为1 250 Hz，则载波比N一1250／50-25。由于采用单极性SPWM调制，三角载波与正弦调制波相比较来产生PWM驱动信号，其具有对称性，则网侧电流含有的偶次谐波含量较低，主要以奇次谐波为主。由于开关频率远远大于调制波频率，则在一个开关周期内，可以认为调制信号为一恒定量。网侧电流在一个开关周内变化为5次，则可以认为网侧电流含有两倍开关频率左右的谐波，由上分析，电流只含有奇次谐波，则高次谐波主要分布在：2N±1、2N±3、2N±5等谐波。由于载波比N一25，则高次谐波主要分布在43，45，47，49，51，53，55次等。