支撑电容器的选择经验公式Word格式.docx

支撑电容器的选择经验公式Word格式.docx

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1与脉冲整流器，逆变器交换无功功率和谐波功率。

他们是在脉冲调制的过程中产生的。

2与异步电动机交换无功功率。

由于实际串联谐振电路中存在线路电阻R2，二次谐波电流并非全部通过串联谐振电路而是由串联谐振电路R2-L2-C和支撑电容器来进行分流的。

流过支撑电容器的电流为

Ic

（2）=R2R21j2ωCdI2

所以从这个角度出发，支撑电容器还起着与变压器漏电感交换无功功率的作用。

4支撑中间直流回路电压，使其保持稳定。

该电路中,L1,Cd分别为主电路中交流侧与直流侧的储能元件,其中支撑电容Cd主要支撑输出电压,保持输出电压稳定,并滤除输出电压的低次谐波电流。

在图1所示的参考方向下,当Q1（D1）,Q4（D4）导通而Q2（D2）,Q3（D3）断开时,电源e和电感L1向电容Cd充电,电感L1中的能量释放。

而当Q1（D1）,Q4（D4）断开而Q2（D2）,Q3（D3）导通时,电感L1储存能量。

C

L2

D3

Q3

D1

Cd

Q4

D4

D2

Q2

Q1

L1

i

+

Ud

-

id

uN

idc

i2

图1

在忽略器件的死区时间时,图1中两组对角开关元件Q1（D1）,Q4（D4）以及Q2（D2）,Q3（D3）的导通时间分别为KT和K′T=（1-KT）,其中T为PWM开关周期,K为其占空比。

整流器的通用数学模型可表示为

ZX=AX+BE

（1）

其中X=（iud）T

A=-RsD-D-1RZ=L00CB=10TE=e0T

当Q1,Q4导通Q2,Q3关断时,矩阵A中的D=-1;

而当Q2,Q3导通Q1,Q4关断时,矩阵A中的D=1。

将式

（1）左乘iud得　

Li∙i+Cudwd=-Rsi2+Dudi-Dudi-ud2R=-Ri2-ud2R+ei

（2）

由于Li∙i=ddt（12Li2）即电感L的瞬时功率,其他项类推,故式

（2）表明在任何瞬时,电源发出的功率等于电感内阻上耗散功率、输出功率与各无功元件吸收的功率之和。

3　电容值计算原理

交流电源输出的瞬时功率为

PNt=uN（t）×

iN（t）=2UNsinωt2INsinωt=UNIN-UNINcos2ωt（3）

式中:

uN（t）为整流器交流侧电压瞬时值;

iN（t）为整流器交流侧电流瞬时值,其中包含一个恒定分量和一个以两倍电源频率脉动的交变分量。

整流器直流侧输出的瞬时功率为

Pdt=idct×

Ud=UabINcosφ-UabINcosφcos2ωt-UabINsinφsin2ωt=UNIN-UNINcos2ωt-UNINsin2ωt（4）

Ud为整流器直流侧电压值;

idct为整流器直流侧电流瞬时值。

根据式

（2）有交流侧的瞬时功率等于直流侧的瞬时功率。

所以

PNt=Pdt（5）

即

uNt×

iNt=idct×

Ud（6）

整流器工作在单位功率因数时,交流电源电压u与电流i同相。

而由于电感的作用,整流器交流侧电压uN与i之间有功率因数角φ,结合式（6）,在忽略变流器开关损耗的条件下可得

　idct=2Uabsinωt-φ×

2INsinωtUd=UabINUdcosφ-cos⁡（2ωt-φ）=Id0-2Id2cosφcos2ωt-2Id2sinφsin2ωt（7）

从式（7）再次证明了脉冲整流器直流侧电流包含两个分量:

一个是直流分量Id0,全部流入负载R;

一个是2倍电网频率的二次交流分量Id2。

对于2倍电网频率,电路中支撑电容的交流阻抗一般相对于负载来说很小,所以我们可以近似认为直流侧电流的交流分量几乎全部流入支撑电容C。

且二次交流分量的有效值Id2与直流分量Id0有如下关系:

Id0=2Id2cosφ（8）

在整流器系统平衡时,系统的静态功率平衡,有

UdId0=Ud2Id2cosφ=EI=P（9）

E为电源电压有效值;

P为系统输出功率。

设二次谐波电流Id2在支撑电容上引起的谐波电压为U2。

而系统要求的谐波电压限定为输出直流电压的λ倍,即U2=λUd。

所以有Id2=2ωCU2=2λωCUd,结合式（9）有

C=P22λωUd2cosφ（11）

在输入电源工作在单位功率因数条件下,由文献[3]中的相量图有

cosφ=EE2+I2ω2L2（12）

所以可得出支撑电容器Cd计算值为

Cd=P×

E2+I2ω2L222ωλE2Ud2（13）

式中的电感值可从文献[4]中初步估算出来。

此时已经通过计算得到了支撑电容器的计算值，但还需要根据以下几条准则来确定使用值。

①中间回路直流电压保持稳定，峰一峰波动值不超过规定的允许值。

②中间回路直流电流是连续的，没有间断，其峰一峰波动值不超过规定的许可值

③中间回路的损耗应保持最小。

④所选择的电容器的参数不会影响整个系统的稳定性。

⑤应当成功地抑制逆变器和电机中发生的暂态过程，保持系统稳定。

参考文献

1　张崇巍,张兴.PWM整流器及其控制[M].北京:

机械工业出版社,1998

2冯晓云.电力牵引交流传动及其控制系统[M].北京:

高等教育出版社，2009

3　毛鸿,沈琦,吴兆麟.PWM整流器的电压控制策略研究[J].电气传动,2000,30（3）:

21～23

4　崔桂梅,王建良,洪晓英.电流跟踪型逆变器中电感值的计算[J].高电压技术,2003,29（8）:

5～6