交流参数稳压电源谐波抑制技术研究.docVIP

摘要 随着电力电子器件的迅速发展，PWM 逆变器越来越广泛的应用在交流变频调速系统、中频电源及其他各种电力电子装置中得到了，它所产生的谐波对外界的危害亦日益严重。本文主要研究单相SPWM逆变器输出电压谐波及抑制谐波的方法并为单相单极性倍频SPWM逆变器设计合适的滤波器。 首先，根据SPWM原理和傅里叶级数理论，建立了SPWM逆变器输出电压的数学模型，分析SPWM逆变器输出电压和谐波的特点。然后，研究在三种不同载波控制方式下的输出电压中所含的谐波特点。其次选择可以有效抑制单相SPWM逆变器输出电压谐波的方法。最后针对单相单极性倍频SPWM逆变器设计一个合适它的滤波器。 研究表明，不同在载波控制方式、载波比、调制比这些因素都影响着单相SPWM逆变器输出电压的谐波含量及分布；选择合适的载波比和注入适量的谐波这两方法都可以不同程度上抑制输出电压的谐波，但这两种方法都有一定的局限性；利用巴特沃思型滤波器参数设计可以很好的滤除单极性倍频SPWM逆变器输出电压中的高次谐波，使输出电压波形平滑且很接近正弦波。 关键词：谐波分析， 谐波抑制， 滤波器 前 言 由于市电电网和负载的复杂性,例如电网容量不足,输变电和各种配电设备的性能和质量问题,各种用电设备配置不合理或相互影响,电力电子变流器的广泛使用和各类非线性负载的迅速增加,不仅导致了市电电压不稳定,而且也引起了电网谐波严重污染,电能质量不断恶化。 1.1研究背景 1.1.1 PWM技术 脉冲宽度调制是一种模拟控制方式，其根据相应载荷的变化来调制晶体管基极或MOS管栅极的偏置，来实现晶体管或MOS管导通时间的改变，从而实现开关稳压电源输出的改变。这种方式能使电源的输出电压在工作条件变化时保持定，是利用微处理器的数字信号对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术。 PWM控制技术以其控制简单，灵活和动态响应好的优点而成为电力电子技术最广泛应用的控制方式，也是人们研究的热点。由于当今科学技术的发展已经没有了学科之间的界限，结合现代控制理论思想或实现无谐振软开关技术将会成为PWM控制技术发展的主要方向之一。 随着电子技术的发展，出现了多种PWM技术，其中包括：相电压控制PWM、脉宽PWM法、随机PWM、正弦PWM法、线电压控制PWM等，而在镍氢电池智能充电器中采用的脉宽PWM法，它是把每一脉冲宽度均相等的脉冲列作为PWM波形，通过改变脉冲列的周期可以调频，改变脉冲的宽度或占空比可以调压，采用适当控制方法即可使电压与频率协调变化。可以通过调整PWM的周期、PWM的占空比而达到控制充电电流的目的。 随着逆变器在交流转动、UPS电源和有源滤波器中等的广泛应用，以及高速全控开关器件的大量出现，PWM技术已成为逆变技术的核心，因为受到人们的高度重视，尤其是近几年，微处理器应用与PWM技术和实现数字画控制之后，更是花样翻新，到目前为止仍有新的PWM方式在不断出现。 1.1.2 PWM逆变器及其应用 随着微电子学、电力电子技术、自动控制理论等相关学科的发展，采用脉冲宽度调制技术的逆变器已经作为现代电力电子技术中最基本装置之一。因为其优良的性能使得PWM 技术成为了逆变器的主要控制技术并且得到了广泛的应用。在交流变频调速系统、不间断点与UPS、中频电源、高性能交流稳压电源、储能利用等的领域都广泛的采用了PWM逆变器。不急如此PWM逆变器还应用在高压直流输电的用电段、特种电源等电力电子装置中。技术在这种加工将起到重要作用。 今后，随着工业和科学技术的发展，用户对电能质量的要求将越来越高，包括市电电网在内的所有原始电能的质量可能满足不了用户的要求，必须经过加工后才能使用，而PWM逆变器 1.1.3 谐波的危害 PWM 逆变器的广泛应用不仅可以提高了电力电子装置效率和可靠性同时还可以减小电力电子装置体积和重量、节省材料、降低成本等。其次也为机电一体化、智能化奠定了重要的基础。但是不能忽略的是因为PWM逆变器广泛的应用，将电力电子装置变成为最大的干扰源。由于诸多方面的限制使得PWM逆变器输出电压、电流波形中含有较高谐波分量，主要是由各种电力电子装置、变压器等产生的，由此带来的谐波污染问题日渐加重。总的概括起来，其主要有以下几方面： 1.对旋转电机（发电机和电动机）产生转矩脉动、附加功耗（铜损和铁）并导致发热，还可能引起振动乃至谐振。还有可能产生电磁噪音从而污染环境。 2.对电容负载引起谐振和谐波电流的放大，从而导致电容器因过负荷或过电压而损坏。谐波对电力电缆也会造成过负荷或过电压而击穿[ 3.加变压器负载的损耗，特别是当发生并联谐振和并联谐振，从而使谐波放大时，会使损耗大大增加，甚至引起严重事故。 4.造成继电保护和自动控制装置误动作，并使电气测量仪表计量不准确。 5.谐波所产生的电磁干扰（EMI）会对邻近的通信系