电压波形缺口的原因及影响

电压波形缺口是指电力电子装置正常运行时，在电流由一相换相到另一相时产生的周期性的电压干扰。

电压波形缺口是瞬变现象和谐波畸变之间一种特殊情况。因为稳态时波形缺口周期性地出现，它可以由受影响的电压的谐波频谱来描述。然而，波形下陷相关的频率分量可能导致使用正常的谐波分析设备不能轻易计算表征出来。当电流由一相换相到另一相时，波形缺口发生。在这期间，两相间有一个瞬时的电流。波形缺口在系统中任意一点的严重程度是由电源电感和整流器漏电感决定的。电压缺口有时可能对那些通过电压过零点来计算频率和时间的电力电子装置引起频率或者同步错误。由于绝大多数电子设备均接在低压电网中，因此常会受到波形缺口的影响。电压缺口通常会在低压电网中产生严重的谐波和分谐波，进而可能对逻辑电路和通信系统产生干扰。它往往会引起电磁干扰（EMI）滤波器和容性电路的过负荷。

IEEE 519-1992中对换相缺口的特性（见图3-62）和限制有详细的描述。低压系统换相过程分类和失真限值见表3-10。下面借助图3-63a对换相缺口及其影响的计算方法加以简要的说明。

假定起始时电流由A相电源流经晶闸管VT₁，在触发延迟角α=30°时触发使晶闸管VT₃导通，此时电流开始由A相转移到B相，实际上在电源中必然存在着电感，故电流的转移要有一定的时间才能完成。结果是，由于退出相的晶闸管VT₁电流衰减到零和进入相的晶闸管VT₃电流上升都需要一定的时间，因而电流的换相被延迟。此时有一个时间间隔，退出和进入相的晶闸管VT₁、VT₃均在导通，相当于AB两相短路，从而在电压波形上形成缺口。缺口的宽度即等于换相角μ（也称为换相重叠角）。图3-63b给出了考虑线路电抗时计算换相缺口面积的等效电路。图3-62为相应的整流电路输出电压波形，图a为相电压波形，图b为线电压波形，图c为换相过程细部的电流波形。

图3-62 换相电压缺口波形

a）相电压 b）线电压 c）换相过程电流波形

图3-63 三相全控桥式整流电路和计算换相缺口面积的等效电路

a）桥式整流电路

图3-63 三相全控桥式整流电路和计算换相缺口面积的等效电路（续）

b）等效电路图

式中，U_N为较深的一个缺口的深度（线电压）（V）；t_N为缺口宽度（ms）；I_d为变流器的直流电流（A）；e为换相缺口产生前瞬间的线电压，；L为每相的电抗，其中L_s为电源电感，L_L为线路电感，L_t为变流器内部电感（H）；A_N为缺口面积，表示整流器对负荷的影响。(www.xing528.com)

带缺口线电压的谐波方均根电压的和可以表示为

相应的最大畸变率为

式中，E_L为线电压方均根值，E_L=380V；f₁为电网频率，取50Hz；ρ为总电感与线路电感之比，ρ=（L_L+L_t+L_s）/L_L。

表3-10 系统换相过程分类和失真限值

注：上述面积限值适用于电压480V的系统，对于其他系统该限值应乘上系数V/480。表中的限值主要应用于低压系统，因为此类系统很容易利用示波器观察。

我们下面以图3-64为例说明一下计算结果。根据系统数据，C点的缺口深度占变流器缺口深度的百分比为ρ_d=（34.4+0.64）/（34.4+0.64+30）=54%，远超过IEEE 519规定的允许值。而变流器本身的缺口面积可以由其输出电压为460V时372.82kW（500hp）电动机的负荷电流I_d=735A计算得到。

2I_d(L_s+L_T1+L_F1=2×735×64.94V·μs=95609V·μs

也就是说母线C处的缺口面积为0.54×95609V·μs=51628V·μs；同样远远超出表3-10给出的IEEE低压换相过程失真的允许值。需要通过增大系统的短路容量，特别是变压器的容量，从而减小变压器的等效电抗L_Ti和馈线电抗L_Fi来满足规范要求。

图3-64 直流传动系统换相缺口面积计算实例（1hp=745.7W）