四象限整流器二次諧振電容選型設計

周文杰

（廣西電網有限責任公司崇左供電局廣西崇左532200）

四象限整流器二次諧振電容選型設計

周文杰

（廣西電網有限責任公司崇左供電局廣西崇左532200）

四象限整流器具有能量回饋電網、功率因數可調等優勢，成為交直變換器的首選結構，但是四象限整流輸出電壓中存在較大的二次諧波分量，影響電源質量，因此需要針對性的進行抑制。本文通過對四象限整流器二次諧波分量進行原理性分析，提出了二次諧振電容的選型計算方法，對工程中的器件選型具有重要的參考意義。

四象限整流；二次諧波抑制；電容選型

引言

四象限整流器在電力系統、動車組列車、電源設計等領域具有廣泛的應用。今年來國內電力行業發展迅速，電力容量大幅提升，用電需求快速增長，對電網電源質量要求也越來越高。四象限整流器因其效率高、功率因數可調、能量雙向流動的特點在電力變流系統中具有廣泛應用，但是由于其輸出電壓存在二次諧波分量，影響電源質量，因此在四象限整流器后多加入串聯二次諧振電流用以抑制二次諧波。

二次諧振電容容值可以根據諧振頻率計算出來，但是對于諧振電容工作電壓、工作電流的計算是電容選型中的難點。電容的工作電壓、電流等級選擇較低，會使系統存在過壓、過流損壞的風險；電容的工作電壓、電流等級選擇過高，會在很大程度上增加系統的硬件成本，降低系統的經濟效益。因此研究二次諧振電容的選型設計具有重要意義。

1 二次諧振電路參數計算

四象限整流器拓撲結構如圖1所示。兩個四象限整流器4QCA、4QCB并聯以提升系統的功率等級，其控制方式完全相同；變壓器由理想電壓源UN和串聯漏感LN組成；直流側負載包括二次LC串聯諧振回路和直流等效電阻回路，其中諧振電感大小為0.301mH，流過電流分別為直流電流idc和二次諧振電流i2。

圖1 二次諧振電流計算電路

假設四象限輸入電流：iN1=·iN·cos（ωt）

根據四象限控制方式，其電源端電壓與輸入電流同相位：UN1=·UN·cos（ωt）

電感LN1端電壓：ULN1L·diN1/dt=-·L·ω·iN·sin（ωt）

四象限輸入電壓：Uabl=UN1+ULN1=·（UN·cos（ωt）-L·ω·iN·sin（ωt））=·Uab·cos（ωt-準）

圖2 二次諧振電流電壓向量圖

單個四象限輸入視在功率：

四象限輸出電流Iz包含了兩個電流分量，一個直流電流分量Idc，一個二次諧波電流分量I2（忽略通過支撐電容的高頻電流分量Icd）。

直流側視在功率為：

由能量守恒：Sdc=2·SN

即：2Uab·iN·

獲得四象限兩側電流關系：

2 二次諧振電容選型設計

2.1 二次諧振電容容值計算

二次諧振電感為0.301mH，因為二次諧振電感與二次諧振電容構成二次諧振回路，因此：ωL=，ω=2πf=200π，所以C=8.4mF

2.2 二次諧振電容參數

假設變壓器二次側額定輸出電壓1000VAC，漏感3mH，頻率50Hz，直流側總功率2956kW，直流母線電壓1500V，單個四象限（效率98%）輸入電流：

iN=2956kW/0.98/2/1000V=1507A

電感LN1端電壓：

四象限輸入電壓有效值：

直流側二次諧振電流有效值：

2.3 二次諧振電容選型

根據上述計算結果，所選擇二次諧振電容的參數應滿足如下條件：

（1）電容容值：8.4mF；

（2）電容值誤差：<±5%；

（3）電容最大工作電流：1951A；

（4）電容工作電壓：1500V。

根據當前市場上的電容參數，很難有一款單個電容可以滿足上述條件，需采用多個電容串并聯結合的方式。可以考慮選擇ecops公司的4200μF/1000V/1000A電容4個，兩兩電容并聯成兩組，每組電容工作電壓為1000V，工作電流為2000A；再將兩組電容串聯，整體電容組工作電壓為2000V，工作電流為2000A可以滿足需求。

3 結語

本文通過理論計算，對四象限整流器交直流側的電壓電流值進行了準確計算，通過三角函數形式的數學公式，證明二次諧振電流的存在，并計算出了諧振電流同直流側功率、交流電壓、交流頻率、直流側母線電壓間的關系，給出了準確的計算公式。并以一種工程應用為例，介紹了工程上諧振電容的選型方法，具有重要的工程實踐意義。

[1]丁榮軍，黃濟榮.現代變流技術與傳動[M].北京：科學出版社，2009.

[2]陳燕平，忻力.變流器中電容器并聯時的諧振現象及噪聲研究[J].機車電傳動，2008（5）：19～22.

TM461

A

1004-7344（2016）30-0142-01

2016-9-28

周文杰（1986-），男，工程師，本科，主要從事電力氣統等工作。