SCR电路产生电网谐波的机理

摘要：阐述SCR电路产生电网谐波的机理，介绍计算谐波电压的‘电势替代法’，推导按照该方法计算电网谐波电压的公式，质疑电网谐波机理认识上的错误概念。
1、概述
    在相控SCR交流电路里会流过非正弦的电流，该电流流经电网阻抗，在电网上形成为含谐波的电压，本文简称之为电网谐波电压。这就是电网谐波电压产生的机理。由此出发，可以导出电网谐波电压的计算方法。
    把相控的SCR的通、断可归结为在0和 之间跳变的电阻，从而得到晶闸管交流电路电流波形，乘以电网（短路）阻抗就得到电网谐波电压。姑且将此一方法称为‘电流波形法’。
    计算电网谐波电压的另一方法是‘电势替代法’：将相控的SCR通、断等效为电势源eSCR（θ），θ=ωt。在通态uSCR（θ）=0，iSCR（θ）≠0，SCR相当于导线；在断态uSCR（θ）≠0，iSCR（θ）=0，SCR等效为与uSCR（θ）相等的电势eSCR（θ），是SCR关断后出现在其A、K两端的电压。综合起来,
    ‘电势替代法’将电路里所有的SCR通通作为谐波电势源eSCR（θ），而电网谐波电压unet（θ）就是它们在电网阻抗上的分压。
    以上两种计算电网谐波电压的方法是相通的，在原则上适合于一切含SCR的交流电路。
    ‘电势替代法’虽然在直观性上逊于‘电流波形法’，但是，具有无需计算电流的优点。
    eSCR（θ）显然与SCR的工作状态相关（与触发角相关）。对于三相对称交流电路，不论是eSCR（θ）还是 unet（θ），BC相的电流或电压均滞后AB相120o。
2、开关变压器软起动电路的电网谐波
2．1、开关变压器软起动电路的性质
    开关变压器软起动是一种SCR软起动，它的SCR接在变压器的二次侧，匝数比k＞＞1使接在二次侧的SCR无需承受高压，在SCR的导通态，从一次侧看到的是变压器的小漏抗xtr=x1+x2′，而在其关断态，看到的是变压器的大励磁电抗xm。
    因此，开关变压器软起动可以与SCR软起动‘异曲同工’。
    它显然具有如下性质：1）含有相控SCR，2）在任一瞬间，电路里的所有器件（包括开关变压器和电动机在内）都可以看成为线性器件，3）三相对称。
    由这三条性质可以得出两个结论：1） 相控SCR是开关变压器软起动装置产生谐波电压的原因，相控SCR以外的任何器件，不论开关变压器或者电动机，都不是产生谐波电压的原因。2） 在计算电网电压谐波的时候只需完成一相的计算，而且可以使用叠加原理。
2．2  开关变压器软起动引起的电网电压谐波unet（θ）的计算公式
    假设开关变压器按照Y/△接线。将开关变压器软起动引起的电网 相的电压谐波记做，将SCR等效电势记做eSCR（θ），忽略xm后，不难按照分压关系推导出：
        （1）
    按照相同的分压关系，不难得到SCR软起动引起的，（请参阅【1】）
   （2）
2．3 关于开关变压器软起动引起电网谐波机理的歧义（【2】）
    旨在说明开关变压器软起动引起的电网谐波大大小于SCR软起动，【2】对于开关变压器软起动引起的电网谐波机理作了这样的阐述：“高次谐波的产生是由于SCR的通断，因此，我们可以把开关变压器TK当作谐波源E，所产生的高次谐波电流向两侧流动”。对于电机一侧，谐波衰减不大；而对于电源一侧，因为xtr/2大于xshort，“表现在母线接点处的谐波电压要小得多”，“而固态SCR软起动由于不存在xtr，……谐波没有衰减”。
    需要指出，【2】在以下两方面失实：1）将谐波源E看成是一个接地电源，因此才有所谓的“两侧”。事实上“谐波源E”是不接地的。2）不承认SCR软起动存在从谐波源到电网事实上的分压关系。
    更有甚者，最近发表的【3】延伸了“开关变压器电网谐波大大小于SCR软起动的结论”的观点，认为：开关变压器软起动相对SCR软起动的优点之一是“不存在输出谐波污染。”
    在事实失实的基础上无法正确认识机理，在错误机理的基础上，不可能作出公正的褒贬。
参考文献
1、高越农  李月英  电动机软起动应用中的几个概念问题  电气技术 2008.4（即将发表）
2、朱雄心 闫长发 王 宇 孙向瑞  开关变压器式软起动装置在超大容量电机软起动中的应用   第八届全国石油和化工电气技术年会论文集 （2007 .11）P189-192  
3、张岩 王欢 从电力电子技术看中压电机软起动  控制与传动 2008.1  P79-83

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