弧焊逆变电源的谐波抑制分析
来源： 作者： 发布时间：2015-05-19 08:39:55 浏览量：2 弧焊逆变电源常用的谐波抑制措施
谐波干扰是影响弧焊逆变电源正常工作的一个重要问题,应该得到足够的重视。为抑制谐波水平,保证弧焊逆变电源的正常工作,通常可采用滤波方法。根据所用器件及其滤波原理的不同,可分为无源滤波器和有源滤波器。
2.1无源滤波器(PassiveFilter,简称PF)
传统的谐波抑制和无功功率补偿的方法是电力无源滤波技术,又称间接滤除法,即使用电力电容器等无源器件构成无源滤波器,与需要补偿的非线性负载并联,为谐波提供一个低阻通路,同时提供负载所需的无功功率。具体而言是将畸变的50Hz正弦波分解成基波及相关的各次主谐波成分,然后采用串联的谐振原理,将由L,C(或者还有R)组成的各次滤波支路调谐(或偏调谐)到各主要谐波频率形成低阻通道而将其滤除[2-3]。它是在已产生谐波的情况下,被动地防御,减轻谐波对电气设备的危害。
无源滤波方案成本低,技术成熟,但是也存在以下不足:(1)滤波效果受系统阻抗的影响;(2)一体电感器由于其谐振频率固定,对于频率偏移的情况效果不好;(3)与系统阻抗可能发生串联或贴片电感并联谐振,造成过负荷。
在自制电感中小功率场合,正逐步被有源滤波器所替代。
2.2有源滤波器(ActiveFi1ter,简称AF)早在20世纪70年代初,就有学者提出有源功率滤波器的基本原理,但由于当时缺乏大功率开关元件和相应的控制技术,只能用线性放大器等方法产生补偿电流,存在着效率低、成本高、难以大容量化等致命弱点而未能实用化。随着电力半导体开关元件性能的提高,以及相应的PWM技术的发展,使得研制大容量低损耗的谐波电流发生器成为可能,从而使有源滤波技术走向实用化,当系统中出现谐波发生源时,用某种方法产生一个和谐波电流大小相等、相位相反的补偿电流,且和成为谐波发生源的电路并联连接来抵消谐波发生源的谐波,使直流侧的电流仅为基波分量,不含有谐波成分。当谐波发生源产生的谐波不能被预计出是何种高次谐波电流,且随时发生变化时,则必须从负载电流il中检测出谐波电流ih信号,经检测后的谐波电流ih信号,经过调制器进行调制,并按制定的电感厂家方法转换为开关方式控制电流逆变器工作方式,使电流逆变器产生补偿电流ifm并注入到电路中,以便抵消谐波电流ih逆变主电路一般采用DC/AC全桥式逆变器电路,其中的开关元件可用GTO、GTR、SIT或IGBT等大功率可控型电力半导体元件,借助开关元件的通断,控制输出电流波形,产生所需的补偿电流。电力有源滤波器作为抑制电网谐波和补偿无功功率,改善电网供电质量最有希望的一种电力装置,与无源电力滤波器相比,具有以下优点[5]:(1)实现了动态补偿,可对频率和大小都变化的谐波以及变化的无功功率进行补偿,对补偿对象的变化有极快的响应;(2)可同时对谐波和无功功率进行补偿,且补偿无功功率的大小可做到连续调节;(3)补偿无功功率时不需储能元件,补偿谐波时所需储能元件容量也不大;(4)即使补偿对象电流过大,电力有源滤波器也不会发生过载,并能正常发挥补偿作用;(5)受电网阻抗的影响不大,不容易和电网阻抗发生谐振;(6)能跟踪电网频率的变化,故补偿性能不受频率变化的影响;(7)既可对一个谐波和无功功率单独补偿,也可对多个谐波和无功功率集中补偿。
3 软开关技术
随着电力电子技术向着高频率、高功率密度方向发展,硬开关工作方式的开关损耗及谐波干扰问题日益突出。从提高变换效率、器件利用率,增强电磁兼容性以及装置可靠性着眼,软开关技术对任何开关功率变换器都是有益的。在某些特殊情况(如有功率密度要求或散热条件限制场合)下尤为必要。在无源与有源两大类软开关技术中,不使用额外开关元件、检测手段和控制策略的无源方式有着附加成本低,可靠性、变换效率及性能价格比高等诸多优势,在工业界单端变换器制造领域基本确立了主流地位。对拓扑结构而言,串电感和并电容的方法是唯一的无源软开关手段,由此演变而来的所谓无源软开关技术,实际上就是无损耗吸收技术。就桥式逆变电路而言,从早期的耗能式吸收到后来提出的部分馈能式、无损耗方案,都存在负载依赖性强,工作频率范围窄,附加应力高,网络过于复杂等问题,实用性较差。同时在开关功率器件模块化潮流下,可供放置吸收元件的空间越来越小,适于逆变模块的无损耗吸收技术也很少见诸文献。总的来看,适用于逆变模块化的无源吸收技术因其特殊结构和难度而仍处在进一步研究和发展中[6-7]。落后
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