高频电源高次谐波分析

一、 测试方法

电路图如下图所示，

三相市电经过滤波器L1输入到三相可控硅调整流电路，得到的脉动直流电源经过电抗器L2和母线电容C1至Cn滤波，再由IGBT桥式驱动电路输入到高频变压器，升压得到高压。

因为母线电容上储存的电能，IGBT在高频导通时，可以直接从母线电容上取电，避免从电网取电，减少了对电网的IGBT的大电流开关动作对电网的冲击，减少电流的高次谐波。

在测试的控制柜中，共安装了8个1050uF的电容，总容量为8400uF；

而电抗器L2是减小了在可控硅导通瞬间母线电容充电的大电流，降低对电网的冲突，减少电流的高次谐波；

而滤波器L1用于阻止高次滤波电流串入电网而影响电能质量。
本次测试用的除尘柜所使用的滤波器为200A的大功率滤波器，电抗器L2的电感量为0.36mH；

电抗器L2和母线电容C构成的LC谐振电路的谐振频率为：

如果导线电阻为R，从可控硅输入端到母线电容的阻抗为：

其幅度为：

当R=0.01Ω时，阻抗的幅度与频率的关系曲线为：

阻抗的幅度与频率的关系曲线

示波器用隔离变压器供电，用高频探头测量滤波器输入前的相电压波形，同时用另一个通道测量互感器耦合的母线电流波形。

示波器的时间基准调整为2.5ms/div，而一屏数据的总采样个数为2500，采样时间为25ms,采样率为100kHz；取其中2000个数据进行FFT变换，频率分辨率为50Hz；

将示波器测得的相电压波形导出数据到文件，对数值进行FFT变化，得到相电压各个谐波的幅度，假设基频的幅度为V0，而其它高次谐波的幅度为Vi(i>=1)，则总谐波失真定义为：

THD计算

按照要求，总谐波失真需要小于5%；

二、 测试结果分析

测试条件，导通角上升到40%，此时，用万用表测得母线电流为80A，一次电流为59A，母线电压为394V，二次电流为429mA，二次电压为71kV。

1. 电抗器L2对谐波失真的影响

再串入1个0.36mH/150A的电抗器，串入前后的波形以及未运行时的波形进行对比，如下：

红色为除尘电源未运行时的波形，绿色为只接1个电抗器的波形，蓝色为接两个电抗器的波形，多接入1个电抗器，失真情况稍有改善，7次谐波没有变化，5次、11次，13次谐波的幅度稍有降低。

除尘柜未运行时的THD为2.7%；

只接一个电抗器时的THD为5.3%;

接两个电抗器时的THD为4.3%；

2. 母线电容C对谐波失真的影响

红色为未运行时的电网波形，绿色为母线电感为8个电解电容运行时的电网波形；

蓝色为母线电感为6个电解电容运行时的电网波形

黄色为母线电感为4个电解电容运行时的电网波形

未运行时，THD=2.7%

接8个电容时，THD=5.3%

接6个电容时，THD=5.63%

接4个电容时，THD=5.66%

增加母线电容的效果不如增加电抗器的电感量明显；

3. 输入滤波器对谐波失真的影响

红色为未运行时的电网波形，绿色为0.36mH电抗器+4个电容+1个200A输入滤波器的波形，蓝色为不加输入滤波器的波形，黄色为再加1个150A输入滤波器的波形；

未运行时，THD=2.7%

接1个200A输入滤波器+1个150输入滤波器时，THD=5.70%

接1个200A输入滤波器，THD=5.79%

不接输入滤波器，THD=6.81%;

接入输入滤波器的效果明显。

三、总结

1. 高频电源已经提供了充分的谐波治理的措施，包括足够的母线电容，基本合适的电抗器以及串联了合适的输入滤波器

2. 控制拒的THD满足符合5%以内的要求，现场共有8个高频除尘电源在同时运行，可能柜子之间的谐波相互叠加导致了电网质量的恶劣

3. 母线电容的个数为8个，总容量为8400uF

4. 电抗器的电感量增加到0.72mH左右

5. 输入滤波器效果明显，可以换其它型号的输入滤波器测试