一种含有输入电压初始相位的单相整流器谐波计算方法技术

本发明专利技术涉及一种含有输入电压初始相位的单相整流器谐波计算方法。首先，将整流桥所等效的函数通过双傅里叶级数变为频域表达式。其次将带有初始相位的交流侧基频电压及扰动电压写为频域下的表达形式，通过交流侧电压与整流桥的卷积，可以得出直流侧各频率下电压分量，进而得出直流侧各频率下电流分量，通过与整流桥的卷积，得出输入电流基频分量以及各谐波分量。本发明专利技术考虑整流桥输入电压初始相位对输入电流谐波影响，实用性更强，同时能够有效地计算整流器交流侧输入电流以及直流侧输出电压、电流的各频率谐波含量，为整流器多频率耦合阻抗的计算，以及整流器谐波的产生和滤波，提供了有效的参考依据。提供了有效的参考依据。提供了有效的参考依据。

【技术实现步骤摘要】
一种含有输入电压初始相位的单相整流器谐波计算方法


[0001]本专利技术涉及一种整流器谐波技术，特别涉及一种含有输入电压初始相位的单相整流器谐波计算方法。

技术介绍

[0002]交流电源系统中最常见的非线性负载可以说是带有整流前端的负载，包括线路换向和脉宽调制 (PWM) 整流器。尽管在中低功率系统中越来越多地使用PWM 整流器，但线路换向整流器仍然广泛用于 PWM 整流器无法满足成本、电压、功率或可靠性要求的应用中，例如计算机电源、高压直流传输和飞机电源系统等。在这些系统中，如果整流负载消耗的功率与整个系统容量相比很大，则整流器和电源之间的动态交互会导致系统不稳定。一些学者则对此进行了相关的研究。例如，文献(1)：“Z. Bing, K. J. Karimi and J. Sun,
ꢀ‘
Input Impedance Modeling and Analysis of Line
‑
Commutated Rectifiers, in IEEE Transactions on Power Electronics
’
, 2009, 24 (10), pp. 2338
‑
2346.”，提出了利用谐波线性化建立整流桥的阻抗模型分析系统的稳定性。但是，当输入电压含有初始相位时，输入电流的初始相位会随之改变，导致所建立的整流器模型其应用范围具有局限性。
[0003]在线路换向整流器电路中，由于线路阻抗的存在，导致输入电压含有初始相位，现有的整流器模型无法满足各频率下输入电流谐波的研究。因此，在输入电压含有初始相位时，关于整流器模型以及输入电流各频率谐波分量有必要进一步研究。

技术实现思路

[0004]本专利技术是针对目前整流器输入电流含有多个频率谐波问题，提出了一种含有输入电压初始相位的单相整流桥谐波计算方法。本专利技术能够有效地计算出含有初始相位时输入电流的各频率分量，为整流器多频率耦合阻抗的计算，以及整流器谐波的产生和滤波，提供了有效参考依据。
[0005]本专利技术的技术方案具体包括如下步骤：一种含有输入电压初始相位的单相整流桥谐波计算方法，该方法包括整流桥的频域表达式，输入电压的频域表达式，整流桥直流侧输出电压、电流的各次谐波。
[0006]通过双傅里叶级数计算了频域下整流桥的表达式为式中、为整数且、，为基频下电源电压的幅
值，为基频电压频率，为基频电压初始相位，为扰动电压的幅值，为扰动电压频率，为扰动电压初始相位。
[0007]在输入电压基频分量以及谐波均含有初始相位条件下，通过整流桥与输入电压频域卷积，计算出整流桥输出电压多个频率分量，输出电压频域表达式为式中、为整数且、，为基频下电源电压的幅值，为基频电压频率，为基频电压初始相位，为扰动电压的幅值，为扰动电压频率，为扰动电压初始相位。
[0008]通过直流输出电压计算出直流侧输出电流。通过整流桥与输入电压频域卷积，计算出整流桥输入电流的多个频率分量，其频域表达式为式中、、为整数且、、，为基频下电源电压的幅值，为基频电压频率，为基频电压初始相位，为扰动电压的幅值，为扰动电压频率，为扰动电压初始相位。
[0009]本专利技术提供的技术方案具有以下有益效果：1）本专利技术考虑整流器输入电压初始相位对整流桥频域模型的影响，使整流桥频域模型具有一般性；2）本专利技术考虑整流器输入电压初始相位对输入电流谐波相位的影响，实用性更强；3）本专利技术为整流器多频率耦合阻抗的计算，提供了理论依据；4）本专利技术能够有效地计算整流器交流侧输入电流以及直流侧输出电压、电流的各
频率谐波含量，为整流器谐波的产生以及滤波，提供了有效的参考依据。
附图说明
[0010]图1为单相全波整流电路；图1中v
in
为整流桥输入电压，i
in
为整流桥输入电流，i
d
整流桥输出电流，v
d
为整流桥输出电压，LC为直流侧滤波电路，R为直流负载；图2为无扰动时输入电压波形；图3为含有输入电压初始相位的单相整流器谐波计算方法方法流程图
具体实施方式
[0011]下面结合附图对本专利技术的技术方案进行具体阐述，需要指出的是，以下实施例仅用以说明本专利技术的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员参照上述实施例依然可以对本专利技术的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本专利技术精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本专利技术的保护范围之内。
[0012]如图1所示，本专利技术涉及一种含有输入电压初始相位的单相整流桥谐波计算方法，电路连接情况如图1所示。
[0013]含有扰动及初始相位的电源电压为(1)式中：为基频下电源电压的幅值，为基频电压频率，为基频电压初始相位，为扰动电压的幅值，为扰动电压频率，为扰动电压初始相位。
[0014]参考图2，在的时间内，无扰动的电源电压的零交叉点时间为，(2)式中k=0,l,....,f1‑
1。
[0015]当电源电压存在扰动如式(1)时，此时电源电压在零交叉点处电压可近似表达为：(3)由式(3)可得含有扰动的电源电压的零交叉点为(k=0,l,.....,f1‑
1)(4)(5)整流桥可用符号函数表示其作用，用傅里叶级数表示为(6)
其中为整数且。
[0016]傅里叶系数定义为(7)联合式(4)、(5)和(7)，可得为：(8)最后，经过一些进一步的简化，可得的频域表达式为，(9)其中为整数且。
[0017]带有扰动的电源电压式(1)其频域表达式为(10)整流桥输出电压为(11)因此，整流桥输出电压在频域下可以通过卷积获得，如下所示：(12)式中表示卷积符号。
[0018]卷积在中产生了无限数量的非零项。当扰动很小且二次项可以忽略时，整流器直流侧电压表达式为
(13)其中是整数且。
[0019]在直流电路中，每个这样的电流分量的幅值可以通过将除以相同频率下直流电路的阻抗来获得：(14)整流桥输入电流为(15)因此，整流桥输入电流在频域下可以通过卷积获得，如下所示：(16)由式(16)可得整流桥输入电流各频率分量为(17)
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种含有输入电压初始相位的单相整流器谐波计算方法，其特征在于，该方法包括整流桥的频域表达式，输入电压的频域表达式，整流桥直流侧输出电压、电流的各次谐波。2.根据权利要求1所述的一种含有输入电压初始相位的单相整流器谐波计算方法，其特征在于，通过双傅里叶级数计算了频域下整流桥的频域表达方式为式中i、m均是整数且i=[
‑
∞, ∞]、m=[
‑
∞, ∞]，V1为基频下电源电压的幅值，f1为基频电压频率，φ1为基频电压初始相位，V
p
为扰动电压的幅值，f
p
为扰动电压频率，φ
p
为扰动电压初始相位。3.根据权利要求1所述的一种含有输入电压初始相位的单相整流器谐波计算方法，其特征在于，输入电压基频分量以及谐波分量均含有初始相位。4.根据权利要求1所述的一种含有输入电压初始相位的单相整流器谐波计算方法，其特征在于，所计算的整流桥输出电压含有多个频率分量，输出电压频域表达式为式中i...

【专利技术属性】
技术研发人员：张宇华，孙晓鹏，王育飞，薛花，王丛，
申请(专利权)人：上海电力大学，
类型：发明
国别省市：