鐵芯電抗器直流偏磁對PAPF濾波性能影響的分析
作者：威博特鐵芯 發(fā)布時(shí)間：2019-03-30 15:01:18 瀏覽次數(shù)：鐵芯電抗器直流偏磁對PAPF濾波性能影響的原因分析
1、PAPF 逆變器輸出電流中的直流分量
三相四線制 PAPF 的逆變器中，如果全橋逆變器輸出電壓脈沖列在基波正負(fù)半周波內(nèi)不對稱，則基波周期內(nèi)正負(fù)半波伏秒值不相等，就會導(dǎo)致輸出的補(bǔ)償電流中含有直流分量。在實(shí)際橋式逆變電路中可能產(chǎn)生的直流分量的具體原因有:
( 1) 靜態(tài)因素: 控制系統(tǒng)中給定的基準(zhǔn)正弦波信號及三角波信號中含有直流分量，或控制系統(tǒng)的其它因素; 功率半導(dǎo)體開關(guān)器件( IGBT) 的自身特性和驅(qū)動信號不一致存在差異; 各種信號傳輸延時(shí)的不同;反饋所用的霍爾元件存在零點(diǎn)漂移;
( 2) 動態(tài)因素: 輸出電壓的瞬時(shí)值反饋等波形校正技術(shù)的應(yīng)用和瞬時(shí)封鎖驅(qū)動脈沖的限流保護(hù)措施的使用; 電路設(shè)計(jì)不當(dāng)，工藝欠妥。
2、鐵芯電抗器的直流偏磁原理分析
由于上述分析的多種因素導(dǎo)致逆變器輸出電壓含有直流偏移量，從而輸出電流中也含有直流分量，逆變器 a、n 相兩橋輸出的電壓可以表示為：
由于上式中 Ud 的存在，直流電壓分量 Ud 就會在鐵芯電抗器線圈產(chǎn)生直流電流 Id，可表示為:
由于 r 很小，因此電抗器線圈中的直流電流 Id 是不可忽略的。直流電流 Id 就在電抗器鐵芯中產(chǎn)生一恒定的磁勢:
式( 1) 中第二項(xiàng)為 PAPF 逆變器輸出電壓波形中所含的 50Hz 基波分量，它在電抗器鐵芯中產(chǎn)生基波磁通 ψm。根據(jù)基波電勢平衡方程式，有:
為了充分利用電抗器鐵芯和降低生產(chǎn)成本，普通通用濾波電抗器鐵芯的工作磁感應(yīng)強(qiáng)度一般選擇在飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度 Bs 附近。由于電抗器鐵芯磁化原理和變壓器相同，根據(jù)文獻(xiàn)可知正常情況下，鐵芯磁通變化范圍為［－ Δψm，+ Δψm］，相應(yīng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度變化范圍為［－ ΔBm，+ ΔBm］，當(dāng)直流分量流進(jìn)鐵芯電抗器線圈繞組時(shí)，在電抗器鐵芯中產(chǎn)生直流偏磁磁通，鐵芯磁通將在［ψd － Δψm，ψd + Δψm］之間變動，相應(yīng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度將在［Bd － ΔBm，Bd +ΔBm］之間變動。由于上述分析的原因使鐵芯電抗器的工作點(diǎn)上升，從原磁化曲線非飽和區(qū)的一部分移至飽和區(qū)，即 Bd + ΔBm ＞ Bs，Bd － ΔBm ＜ － Bs，導(dǎo)致勵磁電流在半波周期內(nèi)發(fā)生畸變，呈尖頂波狀，產(chǎn)生各次諧波分量，如圖 6 所示。圖中虛線為無直流電流時(shí)正常勵磁下的磁感應(yīng)強(qiáng)度曲線和勵磁電流曲線，實(shí)線為有直流電流時(shí)過勵情況下的磁感應(yīng)強(qiáng)度曲線和勵磁電流曲線。
當(dāng)鐵芯沒有飽和時(shí)，勵磁電流發(fā)生畸變，僅含有奇次諧波分量，以 3、5、7 次諧波為主。如果在過勵情況下鐵芯飽和導(dǎo)致勵磁電流畸變，會造成奇次諧波分量的大幅增加，勵磁電流波形保持正負(fù)半波對稱。而當(dāng)有直流分量時(shí)，就會產(chǎn)生直流偏磁磁通，使得勵磁電流畸變情況更嚴(yán)重且波形不再正負(fù)半波對稱，因此其諧波成分除了奇次諧波外，還產(chǎn)生了偶次諧波分量，尤其是 2 次諧波占了相當(dāng)大的比例。
