一种有效抑制磁控电抗器工作电流中谐波的装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种能有效抑制磁控电抗器工作电流中谐波的装置，包括由两个工作绕组和两个控制绕组构成的MCR本体；由IGBT和二极管及滤波电感和限流电阻构成的控制电路，通过控制IGBT触发脉冲的占空比来实现MCR控制绕组中直流控制电压的调节和在MCR直流控制绕组中生成相应的谐波电流，来有效抑制MCR工作电流中的谐波生成；同时该装置还包含可以提供直流电压的三相不控整流器。本发明专利技术的优点在于：将MCR控制绕组中直流控制电压的调节与谐波电压的生成控制结合在一起，从而实现了一个直流控制电源双重功效的作用。使其具有了在直流控制交流及谐波抑制两个方面低压控制高压、小容量控制大容量的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于静止无功功率补偿
，提供了一种能有效抑制磁控电抗器工作电流中谐波的装置，能够使磁控电抗器更好地应用于电力系统中的各种场合。
技术介绍
磁控电抗器(Magnetically Controlled Reactor，简称为MCR)以其无级可调、工作稳定可靠的优点，在电力系统中已经得到广泛的应用。其中单相MCR主要用于电气化铁道动态无功补偿、消弧线圈；三相MCR可以用于大型电机软启动、电力系统电压控制及其无功补偿等领域。然而，由于MCR是基于铁芯饱和的工作原理，因此在其动态调节过程中将不可避免地产生高次谐波。单相MCR的3次、5次及7次谐波电流最大值可分别达到额定输出电流的13%、6%和3%，大大限制了其应用的场合，因而有效地抑制MCR的工作电流中的谐波含量便成为当务之急。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种能有效抑制磁控电抗器工作电流中谐波的装置。本专利技术电路中的IGBT有两个作用：一、基于IGBT的PWM控制技术实现MCR控制绕组中直流控制电压的调节；二、基于IGBT的PWM控制技术使MCR在直流控制绕组中生成相应的谐波电压，让其产生的特定次谐波磁通抵消铁芯中由于MCR铁芯饱和后磁化曲线非线性的影响，来有效抑制MCR工作电流中的谐波生成，使总工作电流谐波含量满足系统要求。从而实现了一个直流控制电源双重功效的作用。使其具有了在直流控制交流及谐波抑制两个方面低压控制高压、小容量控制大容量的优点。为实现上述目的，本专利技术通过以下技术方案实现:本专利技术包括MCR本体1、电力系统2、具有生成直流控制电压和生成消谐电压双重作用的控制电路3和4、整流器5和三相交流电源6。MCR本体1中包含四个绕组L1 、L2、L3和L4，其中L1和L2为工作绕组、L3和L4为控制绕组。MCR本体1中工作绕组L1和L2上下两端分别并联连接后接入电力系统2。MCR本体1中控制绕组L3接控制电路4的e、f端口、控制绕组L4接控制电路3的c、d端口。控制电路3中由电阻R1连接端口c，电感L5与R1串联后接续流二极管D3的阴极，D3的阳极连接端口d和IGBT1、并在IGBT1的两端反并联起保护作用的二极管D1。控制电路4中由电阻R2连接端口f，电感L6与R2串联后接续流二极管D4的阴极，D4的阳极连接端口e和IGBT2、并在IGBT2的两端反并联起保护作用的二极管D2。控制电路3和4的公共连接点g、h连接整流器5，整流器5中含三相不控整流桥，在整流桥的直流侧连接滤波电感L7和滤波电容C。整流器5中整流桥的交流侧连接三相交流电源6。与传统MCR相比，本专利技术中的控制电压源采用了不控整流，并在每个控制绕组回路中增加了IGBT和二极管的控制电路（即控制电路3和4）。通过调节控制电路3和4中IGBT的PWM占空比来控制流入MCR控制绕组中的电流来实现MCR饱和度的调节和MCR的工作电流中谐波的抑制。该抑制磁控电抗器工作电流中谐波装置的工作原理简述如下。首先，三相交流电源6经过整流器5的整流滤波后得到平直的直流电。再通过调节控制电路3中IGBT1的PWM占空比来调节流入控制绕组L4中的控制电流；并且以相同的频率和占空比来调节控制电路4中的IGBT2的PWM脉冲，从而调节流入控制绕组L3中的控制电流，这样便可控制MCR的饱和度，使其输出相应的工作电流，对电力系统进行无功调节。当控制器检测到MCR中工作绕组L2的工作电流中含有奇次谐波成分时，再控制IGBT1的PWM占空比，让其在控制绕组L4中产生相对应的奇次谐波电流，该谐波电流产生的谐波磁通抵消铁芯磁化曲线非线性的影响，则工作绕组L2的工作电流中的奇次谐波就可以得到有效抑制。即：要调节控制电路3中IGBT1的PWM占空比，使其在控制绕组L4中既产生控制MCR饱和度的控制电流，又产生抑制MCR工作绕组L2的工作电流中奇次谐波成分的消谐电流。同理，对于工作绕组L1的工作电流中含有的奇次谐波成分，再控制IGBT2的PWM占空比，让其在控制绕组L3中产生相对应的奇次谐波电流，该谐波电流产生的谐波磁通抵消铁芯磁化曲线非线性的影响，则工作绕组L1的工作电流中的奇次谐波就可以得到有效抑制。即：要调节控制电路4中IGBT2的PWM占空比，使其在控制绕组L3中既产生控制MCR饱和度的控制电流，又产生抑制MCR工作绕组L1的工作电流中奇次谐波成分的消谐电流。由MCR的工作原理可知，当使MCR两分支工作绕组L1和L2中电流不含奇次谐波含量时，则MCR总工作电流中既不含奇次谐波也不含偶次谐波，只剩下基波含量。并且经过分析，控制电路3和控制电路4中产生的消谐电流的相位差为180度。本专利技术的优点在于：将MCR控制绕组中直流控制电压的调节与谐波电压的生成控制结合在一起，从而实现了一个直流控制电源双重功效的作用。使其具有了在直流控制交流及谐波抑制两个方面低压控制高压、小容量控制大容量的优点。附图说明图1为本专利技术的能有效抑制磁控电抗器工作电流中谐波的装置的电路结构图。其中，MCR本体1、电力系统2、具有生成直流控制电压和生成消谐电压双重作用的控制电路3和4、整流器5和三相交流电源6。具体实施方式本专利技术提出的能有效抑制磁控电抗器工作电流中谐波的装置如附图1所示。MCR本体1中包含线圈L1 、L2、L3和L4，其缠绕方向均相同。其中线圈L1 和L2为工作绕组，线圈L3和L4为控制绕组。线圈L1 和L2的上下两端分别并联连接，并连接到电力系统2的a、b两端。线圈L3 的上端接控制电路4的e端口， L3的下端接控制电路4的f端口；线圈L4 的上端接控制电路3的c端口， L4的下端接控制电路3的d端口。电力系统2的两端a、b输入电压作为MCR的工作电压。控制电路3中c端口接电阻R1的一端，电阻R1的另一端接滤波电感L5的一端，电感L5的另一端接续流二极管D3的阴极和g端口，D3的阳极接d端口和IGBT1的集电极，IGBT1的发射极接h端口。并且，用二极管D1反并联在IGBT1两端，对IGBT1起保护作用。控制电路4中f端口接电阻R2的一端，电阻R2的另一端接滤波电感L6的一端，电感L6的另一端接续流二极管D4的阴极和控制电路3中的g端口，D4的阳极接e端口和IGBT2的集电极，IGBT2的发射极接控制电路3中的h端口。并且，用二极管D2反并联在IGBT2两端，对IGBT2起保护作用。整流器5中含三相不控整流桥，整流桥直流侧的正端接滤波电感L7的一端，L7的另一端接滤波电容C的一端和控制电路3中的g端口，整流桥直流侧的负端接滤波电容C的另一端和控制电路3中的h端口。三相交流电源6连接整流器5中的三相不控整流桥的交流侧，为其提供所需的交流电压。本电路中IGBT1、IGBT2和所有采样信号均通过采用DSP和FPGA混合控制箱来控制和计算。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种能有效抑制磁控电抗器工作电流中谐波的装置，包括由两个工作绕组和两个控制绕组构成的MCR本体；可以提供直流电压的三相不控整流器；其特征在于在三相不控整流器的直流侧和MCR本体的控制绕组之间连接有由IGBT和二极管及滤波电感和限流电阻构成的控制电路；所述的控制电路中：由限流电阻连接MCR控制绕组的一端，限流电阻的另一端与滤波电感相串联后，滤波电感接续流二极管的阴极，二极管的阳极连接MCR控制绕组的另一端，同时二极管的阳极连接IGBT的集电极，IGBT的发射极连接整流器的直流侧的负极，并在IGBT两端上反并联起保护作用的二极管。

【技术特征摘要】
1.一种能有效抑制磁控电抗器工作电流中谐波的装置，包括由两个工作绕组和两个控制绕组构成的MCR本体；可以提供直流电压的三相不控整流器；其特征在于在三相不控整流器的直流侧和MCR本体的控制绕组之间连接有由IGBT和二极管及滤波电感和限流电阻构成的控制电路；所述的控制电路中：由限流电阻连接MCR控制绕组的一端，限流电阻的另一端与滤波电感相串联后，滤波电感接续流二极管的阴极，二极管的阳极连接MCR控制绕组的另一端，同时二极管的阳极连接IGBT的集电极，IGBT的发射极连接整流器的直流...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹忠东，刘海鹏，李和明，董旭，徐金，曹松伟，姜喆，田雨，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：