文档介绍：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6K1(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。

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:
(1-2)

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
(1-3)

故合成的网侧线电流
(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12k1(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。

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:

谐波次数 5th 7th 11th 13th 17th 19th 23th

6脉冲谐波含量 20% 14% 9% 8% 6% 5% 4%

12脉冲谐波含量 0% 0% 9% 8% 0% 0% 4%

某型号大功率UPS谐波实测数据表:

谐波次数 5th 7th 11th 13th 17th 19th 23th

6脉冲谐波含量 32% 3% 8% 3% 4% 2% 2%

12脉冲谐波含量 1% 1% 9% 4% 1% 1% 2%

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。