雙反星形整流電路并聯(lián)運(yùn)行環(huán)流分析

摘要：從三相半波整流電路輸出直流電壓數(shù)學(xué)表達(dá)式入手，對(duì)兩組帶平衡電抗器雙反星形整流電路并聯(lián)運(yùn)行的環(huán)流進(jìn)行分析，提出了在兩組整流電路之間省略平衡電抗器的新觀點(diǎn)，并通過仿真證明了此觀點(diǎn)的正確性。

關(guān)鍵詞：雙反星形；環(huán)流；平衡電抗器

1引言

在我國大型核聚變裝置、強(qiáng)磁場裝置及電解、電鍍等方面的應(yīng)用中，經(jīng)常需要電壓為幾V至十幾V、電流為幾kA至幾十kA的可調(diào)直流電源。在這種低電壓大電流可調(diào)直流電源的設(shè)計(jì)中，一般采用雙反星形帶平衡電抗器整流電路。由于受晶閘管最大額定電流的限制，在很多情況下必須采用晶閘管并聯(lián)才能滿足要求。另一方面由于雙反星形帶平衡電抗器整流電路輸出的直流電壓為6脈波，不能滿足如核聚變裝置、強(qiáng)磁場裝置等這種對(duì)紋波要求較高的場合[1]。為了減小輸出直流電壓的諧波含量和減輕整流裝置高次諧波電流對(duì)電網(wǎng)的影響，也為了減少晶閘管并聯(lián)過多對(duì)裝置設(shè)計(jì)帶來的麻煩，可以采用兩組雙反星形帶平衡電抗器整流裝置（一組整流變壓器原邊接成星形,另一組接成三角形）并聯(lián)運(yùn)行，從而使相電壓移相30°達(dá)到12相的整流效果。按照常規(guī)設(shè)計(jì)，需在兩組整流裝置輸出端之間接一平衡電抗器來限制兩組整流裝置之間的環(huán)流。本文通過對(duì)兩組整流裝置并聯(lián)運(yùn)行時(shí)的環(huán)流進(jìn)行分析，得出了兩組整流裝置之間可以不加平衡電抗器即可完全滿足工程需要的新結(jié)論,通過仿真證明了此結(jié)論的正確性。

2等效電路的建立

圖1雙反星形帶平衡電抗器整流電路并聯(lián)運(yùn)行主電路圖

圖1是兩組雙反星形整流電路并聯(lián)運(yùn)行電路圖，每組帶平衡電抗器的整流電路的輸出整流電壓波形是兩個(gè)相差60°的三相半波整流輸出電壓波形的疊加[2]（由于平衡電抗器的作用，使兩個(gè)星形能夠并聯(lián)運(yùn)行），而總的輸出電壓波形是兩組整流電路輸出電壓波形的疊加。對(duì)于每個(gè)三相半波整流電路的輸出電壓波形，可利用富氏級(jí)數(shù)展開式,分解成各諧次正弦函數(shù)，其觸發(fā)角α=0時(shí)富氏級(jí)數(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式為:

Ud1=1.17U2(1＋cos3wt－cos6wt＋

圖3三次諧波作用計(jì)算環(huán)流等效電路圖

（a）無平衡電抗器（b）有平衡電抗器

cos9wt－cos12wt＋…)（1）

Ud2=1.17U2(1－cos3wt－cos6wt－cos9wt－cos12wt＋…)（2）

Ud3=1.17U2(1＋cos(3wt－n/2)＋cos6wt＋cos(9wt＋n/2)－cos12wt＋…)（3）

Ud4=1.17U2(1－cos(3wt－n/2)＋cos6wt－cos(9wt＋n/2)－cos12wt＋…)（4）

由以上表達(dá)式可知，各三相輸出電壓是由不同頻率的正弦波組成，按照電路疊加原理[3]，各支路的環(huán)流計(jì)算,我們可以認(rèn)為是各個(gè)成分(包括直流分量和各諧波分量)共同作用相互疊加的結(jié)果。由于在每個(gè)支路中直流分量和十二次諧波電壓的相位相同而相互抵消,因此，它們不產(chǎn)生環(huán)流。計(jì)算環(huán)流等效電路如圖2所示。

3各次諧波電壓產(chǎn)生的環(huán)流計(jì)算

首先計(jì)算三次諧波電壓單獨(dú)作用產(chǎn)生的環(huán)流，圖3是三次諧波電壓作用計(jì)算環(huán)流等效電路圖。為了對(duì)兩種情況下的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較，等效電路圖分為圖3(a)和圖3(b)，其中圖3(a)是無平衡電抗器Lp等效電路圖，圖3（b）是有平衡電抗器Lp等效電路圖。

式（1）中各電壓表達(dá)式中的三次諧波電壓可用向量表示為（5）

式中：U3=。

對(duì)于圖3（a），用回路法列回路方程組=

（6）

對(duì)于圖3(b)，同樣用回路法列回路方程組×=(7)

按照同樣方法可以列出六次、九次諧波電壓單獨(dú)作用時(shí)的回路方程組。解此方程組可得出各支路的諧波電流及環(huán)流，計(jì)算結(jié)果如表1所列。