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6脉冲和12脉冲整流.doc

发布时间：2022-06-09 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.37M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    摘要：本文从理论推导、实测数据分析、谐波分析和改善对策、性能对比四个方面详细阐述 6脉冲和12脉冲整流器的原理和区别。对大功率 UPS 的整流技术有一个深入全面的剖析。 一、理论推导 1、6脉冲整流器原理： 6脉冲指以6个可控硅（晶闸管）组成的全桥整流，由于有6个开关脉冲对6个可控硅分别 控制，所以叫6脉冲整流。 当忽略三相桥式可控硅整流电路换相过程和电流脉动，假定交流侧电抗为零，直流电感 为无穷大，延迟触发角 a 为零，则交流侧电流傅里叶级数展开为： (1-1) 由公式（1-1）可得以下结论： 电流中含6K?1（k 为正整数）次谐波，即5、7、11、13...等各次谐波，各次谐波的有效 值与谐波次数成反比，且与基波有效值的比值为谐波次数的倒数。
    图1.1 计算机仿真的6脉冲 A 相的输入电压、电流波形 2、12脉冲整流器原理： 12脉冲是指在原有6脉冲整流的基础上，在输入端、增加移相变压器后在增加一组6脉冲 整流器，使直流母线电流由12个可控硅整流完成，因此又称为12脉冲整流。 下图所示 I 和 II 两个三相整流电路就是通过变压器的不同联结构成12相整流电路。 12脉冲整流器示意图（由2个6脉冲并联组成） 桥1的网侧电流傅立叶级数展开为： 桥 II 网侧线电压比桥 I 超前30?，因网侧线电流比桥 I 超前30? (1-2)
    故合成的网侧线电流 (1-3) (1-4) 可见，两个整流桥产生的5、7、17、19、...次谐波相互抵消，注入电网的只有12k?1（k 为正整数）次谐波，即11、13、23、25等各次谐波，且其有效值与与谐波次数成反比，而与 基波有效值的比值为谐波次数的倒数。 图1.2 计算机仿真的12脉冲 UPS A 相的输入电压、电流波形 二、实测数据分析。 以上计算为理想状态，忽略了很多因数，如换相过程、直流侧电流脉动、触发延迟角， 交流侧电抗等。因此实测值与计算值有一定出入。 理论计算谐波表： 某型号大功率 UPS 谐波实测数据表：
    从以上两表对比可得，6脉整流器谐波含量最大为5次谐波、12脉整流器强度最大为11 次谐波，与理论计算结果一致。6脉5次谐波实测值较计算值偏大，12脉11次谐波实测值与计 算值相同。 三、谐波分析和改良对策 谐波可能造成配电线缆、变压器发热，降低通话质量，空气开关误动作，发电机喘振等 不良后果；谐波按电流相序分为+序（3k+1次，k 为0和正整数）、-序（3k+2次，k 为0和正整 数）、0序（3k 次，k 为正整数）。 +序电流使损耗加重，-序电流使电机反转、发热，0序电流使中线电流异常增大。 从实测值可见，6脉整流器5次谐波最大，可加装5次滤波器来抑制谐波；12脉整流器11 次谐波最大，可加装11次滤波器来抑制谐波。滤波器原理图如下： 图：常用的 LC 滤波器原理图 某型号大功率 UPS 加装滤波器后谐波对比表如下： 从上表可以看出，加装滤波器对谐波抑制作用非常明显。
    需要特别指出的是：6脉冲+5次谐波滤波器的配置可以达到9％左右的谐波要求，但是 由于5次谐波（250Hz）滤波器的电容容值较大，在 UPS 负载较轻（<15%额定负载）时，整 流器输入电流会超前输入电压，如果发电机的励磁绕组采用自励方式，很容易产生电枢正反 馈效应，发电机输出电压会异常升高，导致发电机进入保护状态而停机。因此6脉冲+5次谐 波滤波器方案不建议在 UPS 负载较轻时使用。当实际负载较轻时，可将5次谐波滤波器从整 流器上脱出。 而单独的12脉整流器也可达到10％左右的电流谐波指标，但是没有大电容的 LC 电路， 避免了与发电机的励磁正反馈效应。 采用12脉冲整流器+11次谐波器可达到小于4.5%的电流谐波指标。单次谐波和总谐波含 量均满足 IEC61000-3-4的指标要求。 附表1：在配置不同负载条件下，输入电流谐波总含量数据 附表2：某型号400KVA 12脉冲+11次滤波器 UPS 输入电流总谐波含量表 影响电网的是谐波电流的绝对值，而不是谐波电流的百分比。由上表可以看出，在满载 情况下，谐波电流绝对值最大；在半载及轻载情况下，谐波电流绝对值均不超过100%满载 谐波电流绝对值。12脉冲+11次谐波滤波器具有最小的效输入电流总谐波，同时还可避免有 源滤波器“误补偿”、系统效率低等缺点，因12脉冲+11次谐波滤波器此对电网的污染最低， 适用于可靠性要求较高的场合使用. 四、性能对比：
    从上表可以看到，12脉冲整流器在多项性能指标上均优于6脉冲整流器。12脉冲整流技 术自70年代诞生自今，经过不断改进和完善，现已逐渐成为大功率 UPS 整流器的优选技术。 全球主流的大功率 UPS 厂商均推出了12脉冲 UPS 产品。 终上所述，在投资额充许的情况下，尽量选用12脉整流器加11次滤波器的 UPS 配置。 此种配置满足信息产业部 UPS 行业标准输入电流谐波成份 I 类要求（YD/T1095-2000）和国 际电工委员会 IEC61000-3-4的指标要求
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