Análisis del fenómeno de amplificación armónica

1. Resumen

Debido a las ventajas del control simple y el bajo costo del convertidor rectificador no controlado, se usa ampliamente en fuentes de alimentación conmutadas, convertidores de frecuencia y otros equipos. Sin embargo, este tipo de convertidor inyectará una gran cantidad de corriente armónica en la red eléctrica y se convertirá cada vez más en la fuente de armónicos más importante de la red eléctrica. La mayoría de los convertidores de frecuencia en el mercado son circuitos rectificadores no controlados trifásicos de carga no lineal de tipo fuente de voltaje típico con capacitor del lado de CC. En comparación con el circuito rectificador de diodo filtrado por inductancia, la tasa de distorsión armónica de la corriente total es susceptible a la impedancia del lado de CA. Por el contrario, las características de voltaje del lado de CA se ven menos afectadas por la impedancia del lado de CA y toda la carga se parece más a una fuente de voltaje, por lo que se denomina carga no lineal del tipo de fuente de voltaje.

Para fuentes armónicas, el filtro activo paralelo se utiliza generalmente para la gobernanza. El filtro activo es esencialmente un convertidor de modulación de ancho de pulso de voltaje. Al detectar la corriente armónica de la carga, la corriente de compensación con igual amplitud pero fase opuesta se inyecta en el punto de acoplamiento común para el filtrado de armónicos, que es equivalente a una fuente de corriente.

El inversor de fuente de voltaje generalmente adopta una fuente de corriente. Este artículo analiza este fenómeno y propone medidas para suprimir el efecto de amplificación armónica, de modo que el AHF en paralelo pueda lograr un buen efecto de compensación en la carga no lineal de la fuente de voltaje.

2. Análisis de los efectos de amplificación armónica de carga

Figura 1 Circuito equivalente único del sistema de compensación en paralelo bajo un solo armónico

La Figura 1 es el circuito equivalente monofásico del sistema de compensación en paralelo trifásico, y el IC es el AHF de tipo paralelo, que se derivará en función del circuito equivalente en este documento.

ILh-----Contenido armónico después de la compensación
ILh-----Contenido armónico antes de la compensación
ZSh------Impedancia del sistema
ZLh -----Impedancia de carga
λ----------Tasa de compensación AHF
m----------Variación de voltaje en el lado CA de la carga

Como se puede ver en la fórmula, después de la compensación con AHF en paralelo, la corriente armónica de carga no lineal de la fuente de voltaje cambiará, y el aumento está relacionado principalmente con la tasa de cambio de voltaje de carga μ, la tasa de compensación armónica de AHF λ, la impedancia del sistema ZSh y la impedancia del lado de CA de carga ZLh. En general, la fuente de voltaje de la carga no lineal cambia muy poco, por lo que m es aproximadamente igual a 1; y la impedancia del sistema también es cierta. Si la carga está conectada al punto PCC, solo a través de una sección de cable ordinario, la impedancia del lado de CA es solo la impedancia equivalente del cable y el ZLh es pequeño. Para lograr un mejor efecto después de la compensación AHF, la tasa de compensación armónica generalmente debe alcanzar más del 90 %. Se puede ver en la fórmula que la relación de la corriente armónica después de la compensación y antes de la compensación será mucho mayor que 1, es decir, se producirá un efecto de amplificación armónica más grave.

El efecto de amplificación armónica de carga es el resultado de la acción conjunta de AHF en paralelo, carga no lineal y red eléctrica. En el proceso de salida de corriente de compensación AHF en paralelo, la corriente armónica de carga aumenta constantemente y el AHF ajusta el comando de corriente para generar más corriente de compensación de acuerdo con la corriente armónica del lado CA de carga detectada, formando un círculo vicioso.

3. Medidas para suprimir el efecto de amplificación armónica

1. Análisis de los factores que afectan el efecto de amplificación armónica

El efecto de amplificación de corriente armónica de carga está relacionado principalmente con los cuatro parámetros: la tasa de cambio de voltaje de carga, la tasa de compensación armónica de AHF paralelo, la impedancia del sistema y la resistencia del lado de CA de carga. En aplicaciones prácticas, la impedancia del lado de CA de carga y la tasa de compensación armónica de AHF en paralelo se pueden cambiar fácilmente. Por lo tanto, para suprimir el efecto de amplificación de corriente armónica de la carga, se pueden tomar medidas a partir de la estructura del sistema y la tasa de compensación armónica AHF.

2. Solución

Cargar inductor en serie del lado de CA:

Se puede ver en la fórmula que aumentar la impedancia en el lado de CA de la carga puede reducir la relación de amplificación de la corriente armónica de la carga, y el método más simple y efectivo en la aplicación práctica es conectar los inductores en serie en el cargar el lado de CA. Cuanto mayor sea la inductancia en serie, mejor será el efecto de limitar el nivel de corriente armónica de la carga. Si la inductancia es demasiado pequeña, es difícil lograr un mejor efecto inhibidor. El tamaño de la inductancia en serie se determinará de acuerdo con el nivel de corriente armónica inicial de la carga y el tamaño de la impedancia del sistema.

Reduce la tasa de compensación AHF:

Según la fórmula, suponiendo que μ = 1 y ZLh/ZSh = 0,01, la fórmula simplificada es

Con la mejora de la tasa de compensación, cuanto mayor sea el múltiplo de amplificación armónica de carga, por lo que se puede reducir la tasa de compensación para reducir la amplificación múltiple, la compensación armónica selectiva también es un método eficaz, a través del contenido actual en las características de compensación armónica, en el Por un lado, puede hacer que el control total de THDi esté dentro del rango permitido; por otro lado, también puede evitar otros momentos de amplificación de corriente armónica.