基于Multisim的整流电路谐波的仿真和抑制
邓治宇
()重庆化工职业学院,重庆401220
电力自动化 自动化应用摘 要 供电系统中的非线性负载产生了大量的谐波,使得系统稳定性降低,损耗增加,给部分用电设备的正常运
行造成了影响,是现代电力系统中的一大危害。三相整流电路是典型的谐波源之一,利用Multisim仿真软件对其产生的谐波进行傅里叶分析,并运用LC串联谐振电路对主要谐波分量进行滤波处理。通过软件分析滤波处理前后的谐波畸变率和主要谐波分量的变化,得出LC串联谐振电路对谐波的抑制取得了良好效果。
关键词中图分类号 谐波;仿真; TM743
Multisim;傅里叶分析供电系统中的谐波
.1谐波的产生和危害
现代的供电系统主要采用某些用电设备从供电系统中吸收50电H能z三相正弦交流电,
时,电压与电流不成线性关系,我们称此类负载为非线性负载。在一个非线性负载上通入正弦交流电压,产生的电流就不是完全正弦形的。因为供电系统存在阻抗,这个非正弦的电流造成一个非正弦电压降,在系统中引起电压变形,也就是电压中包含的谐波。
谐波是指对周期性非正弦交流量进行傅里叶级数分
解所得到的大于基波频率整数倍次的各次分量[
1]
电系统进行傅里叶分析的时候,其基波是与工频(。对供相同的分量。用电设备中能产生谐波的电器很多50,主Hz要)有大型晶闸管整流设备、大型电弧炉、变频器、感应电动机、变压器、电焊机和气体放电灯等。这些用电设备大都广泛应用于日常生产,导致供电系统中始终有谐波电流和谐波电压,其中大型晶闸管整流设备和大型电弧炉产生的谐波电流最为明显,是主要的谐波源。
谐波影响了系统的正常运行,危害主要体现在:
误差增大(1
)导致供电系统的损耗增加;
,感应式电气测量仪表抖动(;
2)导致变压器、交流电机铁芯发热及电机运行出现(次谐波的影响(34
))线路中的电容器容易被烧毁供电系统,引起通信质量降低及数据丢失附近的通信装置和;通信线路。
会受到高对称三相供电系统上的谐波通常为奇数次:次、并且随谐波次数的增加其量级减小3次、。为了5更好地分析7次……,、计算谐波值,在国家标准中规定谐波指标是
总谐波畸变率(THD是周期性交流TotalH量中ar的mo谐nicD波含is量tor的tio方n)
均,根简值称与TH其D基。波分量的方均根值之比(用百分数表示)。电压总谐波畸变率以者的公式如下所示THDu表示;电流总谐波畸变率以[
2]
。THDi表示,
两收稿日期:2019-04-28
DOI 10.19769/j.zdhy
.2019.06.050THDu=
?
hh=2(
U)
2
U1
×1
00%(1)式中(方均根值:Uh为第)
。h次谐波电压(方均根值);U1为基波电压
?
THDi=
h2
h=2
(
I)I00()(方均根值I1
×1
%2式中:h为第h次谐波电流(方均根值);I.2抑制供电系统中谐波的方法
)
。1为基波电流
抑制供电系统中谐波的措施很多,常用的有:
使3(次及1)使用3次的Dy
n其三角形绕组可以整11联结三相变压器,数倍次的谐波在内部产生环流,从而有效地削弱这些进入电网的谐波方法(。2)它利用电力有源滤波器电(A子P元F)件是,抑在制。
计谐算波机效的果控较制好下的产一生种和谐波同频、同幅值和反相位的波形,与谐波进行抵消。
LC串联支路(3)无源滤波器,
并联入供电系统中(PPF)
,使用电感和电容串联后,对单次谐波进行过滤构成,从而避免谐波流入系统中,大多数针对,价格便宜,在抑制谐波的同时还可以5次、7次谐波。这种方法结构简单进行无功补偿,是抑制谐波方法中运用最广泛的。不足之处就是抑制谐波效果不如有源滤波器,容易和系统出现谐振现象,导致谐波放大。
在本文中将采用产生的无源滤波器进行仿真Multisi。
m14.0软件对三相整流电源对整流电路的谐波分析
.1Multisim软件介绍
件,可以为操作Multisim是在科研、工程和教学领域常用的仿真软者提供类似实验平台的工作界面。这个工作界面非常直观,尤其是在电路仿真时,可以方便地选用和连接元器件、修改电路参数、实时观察实验结果。
2019年第06期 12 5
11122自动化应用 电力自动化图1 电路图
2.2仿真系统构建
供电系统电源采用三相交流电源,为接近实际情况,充分考虑供电系统阻抗产生电压损失,将电源额定电压,设定为线电压4相电压2频率5相位角00V,31V,0Hz。在每相电源的输出端放置一个0.相差120°4Ω的电阻和一个10mH的电感来仿真供电系统阻抗。谐波产生源为三相整流电路,负载为一个10Ω的电阻。整流电路主要产生5次、7次、11次谐波电流。
和7次谐波进行抑制,采用谐振公式计算后,再选取电容与电感。
1()3f0=
2πLC可以选 根据上述公式对5次谐波频率为250Hz的,
取电阻为0.电感为0.电容为5三相开2Ω,81mH,00μF,关为S控制按键为A;对7次谐波频率为3可1,50Hz的,
滤波电路的构建主要是为了对整流电路生产的5次
以选取电阻为0.电感为0.电容为2三2Ω,82mH,52μF,
相开关为S控制按钮为B。测量元件使用示波器对U2,/设定电压与电流之比为1mVmA。Multisim仿真界面中的电路如图1所示。
真,双击示波器,其电压、电流波形如图2、图3所示。然后对电压、电流进行傅里叶分析得到如下情况:
先不使用滤波电路,将S启动仿1和S2开关打开,
相的电压和电流进行测量,在测量电流时使用电流探针,
从示波器中可以清楚地看到电压、电流畸变严重。
()其中5次谐波的值为1THDu为2.38537%,6.34308V,7次谐波的值为3.53293V。
()其中5次谐波的值为2THDi为26.6952%,
12.2474A,7次谐波的值为5.93575A。关闭仿真,使用滤波电路将S重新1和S2开关关闭,所示。
启动仿真,双击示波器,其电压、电流波形如图4、图5
图2 未抑制谐波前的电压图
图3 未抑制谐波前的电压图
(下转第137页)
019年第06期1262
电力自动化 自动化应用式中:I表示发电机的电流;K22与K21表示散热效应与发电机值。
到发电机组继电保护装置的配置方式,对发电机的差动保护与纵差保护进行了比较与分析。本文通过实例分析了电热厂发电机组的电压过流保护与失磁保护等信息,并建立了发电机组继电保护的模型,对热电厂电气系统继电保护的控制有着非常重要的现实意义。
参考文献
[]单涛,田冲.热电厂电气系统的继电保护综合自动化体会1
[],():城市建设理论研究(电子版)J.2016309-10.
图4 发电机定子接地保护
2.7定子接地保护
发电机定子接地保护的原理就是对发电机的零序电压大小进行保护,并且具有三次滤波的滤除功能,零序电压需要按照发电机的机端进行取值。出口的方式如图4所示。
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]():析[南方农机,J.20181170.[]曹雨萌.]电气自动化系统继电保护安全管理的思考[考3J.
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2.8过电压保护
过电压保护原理主要是对发电机的电压大小进行保护,出口方式如图5所示。
图5 发电机过电压保护
在进行整定计算的过程中,定子过电压保护具有一定的延时性,需要按照发电机正常运行的参数进行计算,根据最大的过电压倍数与时间特点进行整定。
3结语
本文通过对热电厂系统的短路电流进行计算后,得(上接第126页)
图4 抑制后的电压波形
图5 抑制后的电流波形
()为0其中5次谐波的值为1.1THDu6.65106%,713V,
7次谐波的值为1.01884V。(2)THDi为5.63413%,85A。
当采用滤波电路后,供电系统的谐波情况明显好转。但是主要针对5次和7次谐波的抑制,对11次、13次等谐波无作用。实际供电系统中可加入高通滤波器和总谐波畸变率会进一Dn11联结三相变压器进行抑制,y
步降低。
其中5次谐波的值为3.68501A,7次谐波的值为1.567
电流畸变明显好 从示波器中可以清楚地看到电压、转。再次对电压、电流进行傅里叶分析得到如下情况:
的仿真,该软件不但能在电子技术方面应用,也能对强电进行仿真。今后在供电系统理论方面的研究探索和教学有时可以借用仿真软件来进行,比如三相不对称环境下的谐波抑制、无功补偿、短路冲击电流等都可以借用这一思路。现代供电系统中负荷呈现出多样性、复杂性,谐波问题日益突出,寻找高效、廉价的谐波处理方法是供电技术中一个重要的研究方向。
参考文献
[]刘介才.工厂供电[北京:机械工业出版社,1M].4版,2015.
[]电能质量公用电网谐波:/[]2GBT14549—1993S.
3结语
使用M能对谐波产生和抑制进行有效ultisim软件,
2019年第06期 137