【三相二极管整流器】电力系统谐波抑制的无源谐波滤波器附Simulink仿真

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一、引言

随着电力电子技术的飞速发展，三相二极管整流器因其结构简单、成本低廉、可靠性高，在工业、交通、通信等领域得到广泛应用。然而，三相二极管整流器属于非线性负载，在运行过程中会产生大量谐波电流，注入电力系统后，会引起电压畸变、设备发热、功率损耗增加、继电保护误动作等一系列问题，严重威胁电力系统的安全稳定运行和电能质量 。据统计，因谐波问题导致的电力设备故障和经济损失逐年上升，谐波抑制已成为电力系统领域亟待解决的关键问题之一 。

无源谐波滤波器凭借其结构简单、成本低、易于维护等优点，成为目前抑制三相二极管整流器谐波的常用手段。深入研究无源谐波滤波器在三相二极管整流器电力系统谐波抑制中的应用，对于提高电力系统电能质量、保障设备安全可靠运行具有重要的理论和现实意义。

二、三相二极管整流器谐波特性分析

2.1 工作原理与电流波形

三相二极管整流器由六个二极管组成三相桥式电路，利用二极管的单向导电性，将三相交流输入转换为直流输出。在理想情况下，输入电流应为正弦波，但由于二极管的非线性导通特性，实际输入电流呈现出非正弦的畸变波形，含有大量高次谐波 。当三相交流电源接入整流器后，二极管在交流电压的正半周和负半周轮流导通，导致电流在导通瞬间出现尖峰，使得电流波形不再是平滑的正弦曲线。

2.2 谐波成分与危害

通过傅里叶分析可知，三相二极管整流器产生的谐波电流主要以 5 次、7 次、11 次、13 次等奇次谐波为主 。这些谐波电流注入电力系统后，会在电网阻抗上产生谐波电压降，导致电网电压波形畸变，影响其他用电设备的正常运行。谐波还会使变压器、电动机等设备产生额外的损耗和发热，降低设备效率和使用寿命；引起电力系统谐振，放大谐波电流和电压，可能造成设备损坏甚至系统故障；干扰通信系统，影响信号传输质量 。例如，某工厂因三相二极管整流器产生的谐波，导致附近通信设备出现信号干扰，生产效率大幅下降。

三、无源谐波滤波器原理与分类

3.1 基本原理

无源谐波滤波器主要由电容器、电感器和电阻器组成，基于 LC 谐振原理工作 。当滤波器的谐振频率与系统中某次谐波频率相同时，滤波器对该次谐波呈现极低的阻抗，从而将谐波电流引入滤波器支路，使流入电力系统的谐波电流大幅减少，达到谐波抑制的目的 。同时，滤波器中的电容还可以提供一定的无功补偿，提高系统的功率因数。

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