12脉波整流电源

12脉波整流电源

12脉波整流电源广泛用于航天、交通、冶金、电解电镀交流电转换成直流电工业领域中。

一、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。

二、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。

网侧电流根据傅立叶级数展开，网侧线电压比桥I超前30?，因网侧线电流比桥I超前30?故合成的网侧线电流。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。

三、谐波测量结果

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。

（1）通过理论计算谐波值：

某型号大功率UPS谐波实测数据：

从以上两组数据对比可得，6脉整流器谐波含量大为5次谐波、12脉整流器强度大为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。

（2）谐波分析和改良对策

谐波可能造成配电线缆、变压器发热，降低通讯质量，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。

从测量值可见，6脉整流器5次谐波大，可加装5次滤波器来抑制谐波；12脉整流器11次谐波大，可加装11次滤波器来抑制谐波。大功率UPS加装滤波器后对谐波抑制作用非常明显。

（3）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（小于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。

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。

影响电网的是谐波电流的值，而不是谐波电流的百分比。在满载情况下，谐波电流值大；在半载及轻载情况下，谐波电流值均不超过100%满载谐波电流值。12脉冲+11次谐波滤波器具有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低，适用于可靠性要求较高的场合使用。

四、性能对比

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。