工頻機6脈沖UPS的電流諧波特性分析

1、6脈沖可控硅整流及6脈沖整流+LC濾波器型UPS的電流諧波特性諧波電流的“污染”對供電電源和電子信息設(shè)備的影響及其治理方案（七） 電源網(wǎng)（一） 6脈沖可控硅整流型 UPS的電流諧波特性（a）概述盡管被稱為”綠色電源”型的IGBT脈寬調(diào)制整流式 UPS具有體積小、重量輕、價格便宜、 輸入功率因數(shù)趨近于 1、輸入電流諧波分量3%諸多優(yōu)點。然而，它僅適用于中、小型 UPS 產(chǎn)品的范圍（注：目前的UPS業(yè)界巳能制備出最大輸出功率為200KVA左右的、釆用IGBT脈寬調(diào)制整流型的 UPS單機）,導(dǎo)致出現(xiàn)這種局面的主要技術(shù)瓶頸/難題的原因是：迄今為止，對UPS業(yè)界而言，還沒有能為 IGBT整流器中的Boo

2、st型電路中的”升壓儲能電感”找到具有 高磁通量的、高頻磁性材料，從而導(dǎo)致難以制備出：具有令人滿意的高可靠性的大功率的 UPS（這種UPS的典型輸出功率為：120-800KVA UPS單機）。與此相反，對于釆用的6脈沖、可控硅整流型UPS設(shè)計方案的UPS來說，經(jīng)過近30余年的UPS的生產(chǎn)實踐和大量的運行統(tǒng) 計資料都能證實：可控硅整流器具有可靠性高和AC/DC變換效率高的優(yōu)點，具有輸出隔離變壓器。然而，事情總是一分為二的。對于6脈沖可控硅整流型 UPS來說，它們大都具有輸入電流諧波分量偏大THDI=32%（滿載）左右）的缺點。如果不釆取必要的諧波治理措施，往往 會對輸入電網(wǎng)帶來嚴重的諧波 ”污染

3、”。嚴重時，還可能會危及輸入電網(wǎng)以及跨接在該電網(wǎng)中 的各種用電設(shè)備的安全運行。（a） 6脈沖可控硅整流器 UPS的輸入諧波特性與 UPS的負載百分比/輸入電壓的關(guān)系逆 變 器相 輸 入 電 源電池組圖32 :6脈沖整流UPS的工作原理一臺典型的UPS的6脈沖可控硅整流器的控制框圖被示于圖32中。它是由以三個平滑電感La、Lb和Lc及六組可控硅元件為核心所組成的AC/DC變換器。在這里，50Hz、380V的三相交流電源經(jīng)由可控硅元件所組成的相控型的全波整流器被變換成在一個周期內(nèi)、呈現(xiàn)出 以6個”脈動波頭”為特征的單極性脈動電源。 正是基于這種原因，我們把這樣的整流濾波器稱為”脈沖整流器”上述的單

4、極性脈動電源再經(jīng)濾波電容C1和C2濾除掉交流分量后，就可向UPS的蓄電池組和逆變器提供直流電源Vdc。為確保它所輸出直流電源 Vdc具有優(yōu)異的穩(wěn)壓特性，需要通過UPS的整流邏輯調(diào)控電路向可控硅元件的控制柵極饋送出6路相控驅(qū)動脈沖，以便能通過實時地、 動態(tài)地調(diào)節(jié)可控硅元件的”導(dǎo)通角”的大小來快速地調(diào)節(jié)整流濾 波器的輸出電壓、并使它的波動值控制在 1 %（典型值 ）的范圍之內(nèi)。在實際工作中，我們會發(fā)現(xiàn)：這種 6脈沖整流器在完成將正弦波形的、 不穩(wěn)壓的交流輸入電源變換成我們所期望 的直流穩(wěn)壓輸入電源的同時， 由于它從輸入電源所吸取電流波呈現(xiàn)出來的是”馬鞍形”脈動 波形。 如前所述，由于它的輸入電流波

5、已變成發(fā)生了嚴重畸變的非正弦波形。所以，它勢必 會向輸入電源反饋大量的諧波電流。為說明這種UPS的輸入諧波特性，現(xiàn)將在XXYY電信公司的IDC機房中，對一臺處于負載 百分比約為82%勺重載運行條件下工作的200KVA的6脈沖可控硅整流器 UPS上、所檢測到的輸入電壓波形、 輸入電流波形、 輸入電流諧波分量的頻譜分布和輸入電壓諧波分量的頻譜 分布分別示于圖33和34中。從圖33可見：這臺UPS的輸入電流波形是一串”馬鞍形”的非 正弦波形， 它的電流波的相位滯后于電壓波的相位。這意味著：相對輸入電源而言，我們可 以將6脈沖可控硅整流器 UPS看成是帶微電感性的非線性負載。從它的已發(fā)生了明顯波形畸

6、變的輸入電壓波形上、我們還可清楚地觀察到：這種非線性負載對輸入電源的諧波”污染 ”的影響是達到何等的嚴重的程度。從圖 33 可見：它的總輸入電流諧波分量的 THDI 值高達 33.7%r。它的最大輸入電流諧波分量出現(xiàn)在5次電流諧波分量上、 此時的5次電流諧波分量的THDI值竟高達31.2%r左右。此外，我們還可發(fā)現(xiàn) （見圖33和34）:它不僅會導(dǎo)致在輸入 電源的電壓波形上、出現(xiàn)極其明顯的波形畸變度。而且，它的總輸入電流諧波分量的THDV值竟高達 10.4%r 左右。它的最大輸入電壓諧波分量也出現(xiàn)在 5次諧波分量上的。根據(jù)YD/T 1095 2000（通信用不間斷電源 一UPS）標準，對UPS的

7、輸入電流諧波分量的劃 分標準為（測試范圍：339次電流諧波分量的 THDI）:對于I類UPS產(chǎn)品而言，要求它的 輸入電壓諧波分量的 THDI值5%; H類產(chǎn)品的THDK15%;川類產(chǎn)品的THDK25%。我們 知道：可能導(dǎo)致 IT 設(shè)備/用電設(shè)備發(fā)生 ”誤動作 ”的最關(guān)鍵的、最直觀的諧波參數(shù)是供電電源 的輸入電壓諧波分量的 THDV 值、而不是它的輸入電流諧波分量的 THDI 值。這是因為： 對于具有相同的輸入電流諧波分量的 THDI 值的非線性負載而言， 由它所可能帶來的輸入電 源的電壓諧波分量 （在有的場合，它也被稱為電壓失真度/電壓畸變度 ）的 THDV 值的大小同時受控于輸入變壓器的內(nèi)阻

8、、 輸入變壓器的負載百分比和由非線性負載所產(chǎn)生的輸入諧波電 流的絕對值（A）的大小,而不是直接地依賴于由非線性負載所產(chǎn)生的輸入電流諧波分量的相 對值（THDI值）的大小。因此，判斷 6脈沖整流型UPS對輸入電網(wǎng)的危害程度是否嚴重的最 有效的參數(shù)應(yīng)該是：觀察由它所產(chǎn)生的THDV值的大小。根據(jù) GB50174-93（電子計算機房設(shè)計規(guī)范 ）標準：在判斷供電電源的質(zhì)量高低的分級中、對輸入電源的電壓諧波分量THDV 的大小的劃分標準是：符合 A 級供電電源的標準的 THDV 值應(yīng)為 3-5%r; B 級電源的 THDV 為5-8%r; C級電源的THDV為8-10%r。根據(jù)上述標準可以看出：這種6脈沖

9、整流型 UPS的輸入諧波特性均是相當?shù)夭睿ㄋ腡HDV=10.4%r）。這是因為：經(jīng)過多年來的運行實踐表明： 對于重要的計算機機房和 IDC機房用的UPS供電系統(tǒng)而言，均期望它們的供電電源的輸入電 壓諧波分量的THDV直至少應(yīng)5%r。一般說來，如果輸入電源的 THDV9%以上的話，就有可 能導(dǎo)致 IT 設(shè)備的 ”誤碼率 ”/用電設(shè)備 ”誤動作 ”的發(fā)生率有較大的增加。 所有這一切都提示 我們： 應(yīng)該釆用必要的技術(shù)措施來治理這樣的諧波 ”污染 ”問題， 以便為各類數(shù)據(jù)中心和通信 網(wǎng)絡(luò)機房的安全運行創(chuàng)造出必要的工作條件。VOLTS/AMPS/HERTZHOLD 0 HARMONICSHOLD 32

10、201(K100THxrA3.7b:g5.738o ft c5 o- 5 3o 8 15553121.7 CF 1B6.9A：;1R:jJ 14 If VB, 卜密t120UA(Lr；r I, jrItL jL 9:I :* ,/7 yZBACK ： RECALL H圖33 : XXYY電信IDC機房200KVA的6脈沖整整流UPS的輸入特性（負載百分82%）50Hrecall h Q h1 5 3 13 1?1 25 23 n 37 41 眄鵡HARMONICS3LDHolaLDHo57qH2z%rn5 叩831253 5531 sTHDU12ru協(xié)kHu%ro5 15302 5 n 7s

11、1100%rAVJ. !.-1 5 9 13 17 1 5 29 33 37 41 45 49 IM IM !1 .JL JI1 5 13 17 212S 9 33 371 45100%r18RECALL HBACKRECALL M (BBACK圖34 : XXYY電信IDC機房200KVA的6脈沖整整流UPS的輸入特性（負載百分82%）有關(guān)這臺200KVA UPS的其它輸入諧波參數(shù)，請見表22和23。表22: 200KVA 6脈沖可控硅整流型 UPS的典型輸入諧波參數(shù)負載百分比CosPFTHDI %rTHDV %rCF電壓CF電流KF82%0.92,滯后0.84,滯后33.7%r10.4%r

12、1.51.75.7表23： 200KVA 6脈沖可控硅整流型 UPS的輸入電流諧波分量 THDI %r的頻譜分布值THDI3次諧5次諧7次諧9次諧11次13次15次17次19次2325波波 THDI波波諧波諧波諧波諧波諧波次諧次諧THDITHDITHDITHDITHDITHDITHDITHDI波波THDITHDI33.7%r6.9%31.4%4.9%1.7%5.3%5%1.3%3.6%2.9%1.9%1.7%-87 o153o-102 o83o-45 o7o-95 o164o115o-59 o-70o從上表可見：對于這種6脈沖可控硅整流型 UPS而言，它的輸入功率因為的 PF值=0.84（滯

13、后），總的輸入電壓諧波分量的 THDV直=10.4%r,總的輸入電流諧波分量的 THDI值=33.7%r, 它的最大輸入電流諧波分量出現(xiàn)在5次諧波分量上。它的第2大的輸入電流諧波分量出現(xiàn)在11次和13諧波分量附近。根據(jù) 6脈沖整流型UPS的輸入電流諧波分量的理論分析可知，在 它的輸入電流諧波分量中、是不應(yīng)該出3次、9次、15次.等零序電流諧波分量的（注：這些零序電流諧波分量是單相整流濾波型非線性負載的特征諧波頻譜）。然而，在我們的現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)中、仍然會經(jīng)常會檢測到這些電流諧波分量的存在。其原因是：在當今的公用供電電網(wǎng)中、還跨接有數(shù)量極其龐大的單相整流濾波型非線性負載（例：PC機、電視機、各種家

14、用電器等）的緣故所致。相關(guān)的統(tǒng)計資料顯示：6脈沖可控硅整流型 UPS的總輸入電流諧波分量的 THDI值的大小是與UPS的負載百分比密切相關(guān)的。其變化規(guī)律為：它的總THDI值將會隨著UPS的負載百分比的下降而逐漸增大。也就是說：UPS的后接負載越輕，我們所檢測到的UPS的總輸入電流諧波分量的THDI值就會越大。為說明此問題，現(xiàn)以對一臺輸出功率為80KVA的6脈沖可控硅整流型UPS所執(zhí)行的總輸入電流諧波分量的THDI值與UPS的負載百分比之間關(guān)系的檢測結(jié)果為例來觀察其變化規(guī)律。當UPS的后接的負載百分比分別為：100% 50%和25%寸，這臺額定輸出功率為 80KVA的 6脈沖整流UPS的輸入電流

15、諧波分量的頻譜分佈同它的負載百 分比之間的相關(guān)圖被示于圖35中。從該圖可見：當 UPS的負載百分比沿著 100%50%25%的規(guī)則而逐漸地下降時，這臺UPS的總輸入電流諧波分量的 THDI值將會沿34.8%48.1%61%的變化趨勢而逐漸地上升。對于這樣的變化趨勢，用戶大可不必擔心：是否會發(fā)生因為 UPS的總輸入電流諧波分量的 THDI值的逐漸增大而導(dǎo)致在輸入電網(wǎng)上、出現(xiàn)越來越嚴重的”輸入諧波污染”問題。這是因為：當這臺 UPS的負載百分比從100%50%乍25%而逐漸地下降 時，它的輸入相電流卻是按照132.7At 76.3A宀44.9A的變化趨勢而下降的。在此條件下，可能從UPS反饋到三相

16、輸入電源的總的輸入諧波電流的絕對值是按照46At37At27A的變化趨勢而下降的。上述事實清楚地顯示出：當UPS處于輕載運行時，由它所可能反饋到輸入電 源的輸入諧波電流的絕對安培值總是小于它處于滿載運行時所反饋到輸入電源的輸入諧波 電流的。正如我們過去所述的，衡量整流濾波型非線性負載對輸入電源所可能造成的諧波污 染的負面影響的大小的因數(shù)是它的總輸入諧波電流的絕對值，而不是總輸入諧波電流分量的相對值（THDI值）大小。因此，可以得出這樣的結(jié)論：對于一臺UPS而言，如果它在滿載時所產(chǎn)生的輸入諧波電流的絕對值對輸入電網(wǎng)所可能帶來的負面影響能為用戶所接受的話， 它在輕載時的輸入諧波特性、則肯定是不會有

17、問題的。正是基于這種原因，在當今的UPS產(chǎn)業(yè)界中、常將 UPS在滿載時的THDI值作為衡量：各種 UPS的輸入電流諧波分量是否滿足 機房供電電源的設(shè)計要求的技術(shù)指標。在此，還需引起我們注意的一點是：當 UPS的負載百分比從100%T 50%T 25%漸下降時， 雖然，它的最大輸入諧波電流仍然出現(xiàn)在 5次電流諧波分量上。 然而，隨著UPS的負載百分 比的不斷地逐漸下降，它的7次電流諧波分量的增長速率卻是明顯地超過它的5次電流諧波分量的增長速率的。HARMONICS0ICS10DD 5TH蝦plnAKF4&1P7隣EJkfISDDBhz6酗5刑SrmA昕 o哎加 JL 1 Du dikzrqOu

18、eA -nuEJ OJ nu 3 T. EJI 5 1 131?2I25333?4145 41UOLTSaups 負載百分比：100%oIto50 1 5 9 131?2IS2J33371H5I 5 )13172IS29S3NM54I(JOLTSftfFSAMPSWATTS i Q(b)負載百分比：50%(c)負載百分比：25%圖35 : 80KVA 6脈沖可控硅整流型UPS的輸入電流諧波分量與負載百分比的關(guān)系此外，在實際工作中，我們還發(fā)現(xiàn)：對于6脈沖可控硅整流型 UPS而言，它的總輸入電流諧波分量的THDI值還與UPS的標稱工作電壓的高低密切相關(guān)的。其變化規(guī)律為：它的總 THDI值將會隨著U

19、PS的標稱工作電壓的下降而逐漸下降。與此同時，它的輸入功率因數(shù)的 PF值將隨著UPS的標稱工作電壓的下降而逐漸上升。也就是說，隨著UPS的標稱工作電壓的下降，它的輸入諧波特性將會向不斷地改善的方向發(fā)展。這是因為：當UPS的后接IT設(shè)備的數(shù)量固定不變時，隨著UPS的輸入電源的電壓的不斷地下降，它必然會導(dǎo)致UPS的輸入電流的不斷地增大，其作用等效于將這臺 UPS的整流器置于越來越重載的工作狀態(tài)下運行。為 說明此問題，現(xiàn)以一臺120KVA的6脈沖可控硅整流型 UPS在負載百分比為56%的條件下運行時、所檢測到的輸入諧波參數(shù)與它的標稱工作電壓的關(guān)系為例來進行解釋(見表24):表24 :120KVA的6

20、脈沖可控硅整流型 UPS的輸入諧波參數(shù)與它的標稱工作電壓的關(guān)系(當UPS負載百分比為56%勺恒定值時)標稱工作電壓輸入功率因數(shù)PF總THDI值5次諧波的THDI7次諧波的THDI430V0.78247.5%r44.5%r15.8%r400V0.80441.9%r40.7%r10.3%r365V0.83434.8%r33.5%r4.5%r從上表可見：當6脈沖可控硅整流型 UPS的標稱工作電壓從 430Vt400S 365V逐漸地下降 時,它的輸入功率因數(shù)的 PF值將會沿著0.782 t0.804宀0.834的變化趨勢而逐漸地上升。 與 此同時，它的總 THDI值就會沿著47.5%t41.9%t3

21、4.8%的變化趨勢而逐漸地下降?？紤]到由各個 UPS生產(chǎn)廠家所制備的 UPS因整流濾波器電路設(shè)計及制造工藝的差異，可 將6脈沖可控硅整流型 UPS典型輸入電流諧波參數(shù)(滿載)總結(jié)如下：輸入功率因數(shù) PF=0.8 , 總的輸入電流諧波分量 THDI=30-33%r,其最大的輸入電流諧波分量出現(xiàn)在5次諧波分量上，第2大的輸入電流諧波分量出現(xiàn)在11次諧波分量上。(b) 6脈沖可控硅整流器中的輸入平滑電感的調(diào)控功能5Q0Aogu .7（b）平滑電感后的輸入電壓和輸入電流的波形平滑電感前的輸入電壓和輸入電流的波形(JOLTS J AMPS/HERTZHOLD JHOLTS/AMPS/HERTZHOLD

22、tBACKRECALL HRECALL5叩血 |227t9u=1.6 cfimii immiimiiui imu imin = uibi230.815 CFImi IMMl “ I1335133BJ: * *:化壽MCF50I0JA-H.廠電 f ,V : Vr15 CF71弘UOLTS/AMPS/HERTZHOLD 7.0MM卜疋ar JI H A % O 70283口佗 EJ 1 13RECALL H B H圖37b : 120KVA UPS(6脈沖整流+5次諧波濾波器)的輸入電壓和電流波形FTiirwiiimii ibiIOOIIS-Ii m 111 m 11 ” i m i, ia “

23、 iwn “ e u iv, “ ni “, m o “ “ nm “ ra “ iwi 呵A 0 I159 13 1? l K 29 33 37 4145 49WOABACK(i ) UPS的輸入功率因數(shù)的 PF值從6脈沖整流器UPS原來的0.7左右提高到現(xiàn)在的0.95 左右。(ii ) UPS的總輸入電流諧波分量的THDI值從6脈沖整流器原來的 50%r左右下降到17.2%r 左右。(iii)由于5次諧波濾波器對由6脈沖可控硅整流器 UPS所產(chǎn)生的5次輸入電流諧波分量 的有效衰減作用，它可將 UPS的5次輸入電流諧波分量從 6脈沖整流器原來的 47%r左右下 降到10%r左右，其衰減比高達

24、79%左右。在這里，我們再次看到：由于在當今的公用電網(wǎng)中、 跨接有數(shù)量極其龐大的單相整流濾波型非線性負載(例：PC機、電視機、各種家用電器等 )而導(dǎo)致在它的電流諧波分量中、仍然出現(xiàn)有3次電流諧波分量的現(xiàn)象(注：這些零序電流諧波分量是由單相整流濾波型非線性負載向輸入電源所反饋的特征電流諧波頻譜)。這種現(xiàn)象再次說明：位于同一輸入電網(wǎng)中的其它單相整流濾波型非線性負載對UPS的輸入電流諧波特性所可能帶來的影響、己經(jīng)達到不可忽視的程度。(iv ) UPS的輸入電流的波形從 6脈沖可控硅整流器 UPS原來的”馬鞍形”變成”頂部被削 平”的準正弦波形，從而達到改善UPS的輸入電流畸變度的目的。(b) 5次諧

25、波濾波器+6脈沖整流器UPS的輸入諧波特性同它的負載百分比的關(guān)系相關(guān)的測試數(shù)據(jù)同樣地表明：對于5次諧波濾波器+6脈沖整流器UPS而言，它的輸入電流諧波分量的THDI值的大小也是同 UPS的負載百分比密切相關(guān)的。對于一臺額定輸出功率 為80KVA的5次諧波輸入濾波器+6脈沖整流UPS而言，當它的負載百分比分別為：100%r、50%r和25%r時，它的輸入電流諧波分量的頻譜分佈同它的負載百分比之間的變化趨勢圖被 示于圖38中。從該圖可見：當UPS的負載百分比從100%-50%25%逐漸地下降時，這臺UPS 的總輸入電流諧波分量的 THDI值將會沿8.5%-16.9%-29.9%的變化趨勢而逐漸地上

26、升。對 于這樣的變化趨勢，用戶無需擔心：是否會發(fā)生因UPS的總輸入電流諧波分量的THDI值的增大而導(dǎo)致在輸入電網(wǎng)上、出現(xiàn)更加嚴重的”輸入諧波污染”問題。這是因為：當UPS的負載百分比從100%- 50%- 25%逐漸地下降時，它的輸入相電流是按照108.9A 54.6A 30.25A的變化趨勢而下降的。在此條件下，可能從這臺UPS反饋到三相輸入電源的總的輸入諧波相 電流的絕對值是按照 9.3A- 9.2A -9A的變化趨勢而略有下降的。上述事實清楚地顯示出： 通過對6脈沖整流型UPS執(zhí)行增配5次諧波濾波器的技術(shù)改造后，的確是可以大大地降低UPS對輸入電源的”諧波污染”程度的。這是因為：當80K

27、VA的UPS的負載百分值分別處于100% 50帰口 25%的狀態(tài)下運行時，5次諧波濾波器+6脈沖整流器UPS所可能反饋到輸入電 源的輸入諧波”相電流”僅為9A左右。這樣的諧波電流值遠小于原來的6脈沖整流器UPS在上述工作狀態(tài)下、所可能反饋到三相輸入電源的輸入諧波”相電流”的安培值(注：它們分別是: 46A、37A和27A)。在此，我們同樣可以得出這樣的結(jié)論：對于一臺UPS而言，如果它在滿載時、所產(chǎn)生的輸入諧波電流的絕對值對輸入電網(wǎng)所可能帶來的負面影響能為用戶所用 的供電電網(wǎng)接受的話，當 UPS處于輕載條件下運行時、它的輸入諧波特性、則同樣是：不會 有問題的。此外，還需引起我們注意的一點是：當

28、UPS的負載百分比從100%- 50%- 25%逐漸下降時， 它的最大的單次輸入諧波電流分量將會從 11次電流諧波分量逐漸地轉(zhuǎn)變到它的 7次電流諧 波分量上。這是因為，隨著UPS的負載百分比的不斷地逐漸下降， 它的7次電流諧波分量的 增長速率明顯地超過它的 11次電流諧波分量的增長速率的緣故。HARMONICSIC5HARNOHICSQ ITH協(xié)rlinKFoHZAxr4TJ Ou 9Qu-EJ 15-mAKFLfr z nnii, AH i3 nA OuT4 cj qjEJ樸H2A%O -WJJ dr nu -11 Qu *M3CJ AJCnr -w X5Q 51ATTn -I 11 _ |

29、 - J J_u_i 5 g帕朋機怖鋼I和 15d iiimi沽酣皿們沏AMPSUATT5 WLTSq misrttipsWATTS : 負載百分比：100%(b)負載百分比：50%(c)負載百分比：25%圖38: 80KVA Hipulse 6脈沖+5次諧波濾波器UPS的輸入電流諧波分量與負載百分比的關(guān)系(c) 6 脈沖整流型UPS在配置5次諧波濾波器前后、它的輸入電流諧波特性的變化趨勢現(xiàn)以一臺120KVA的5次諧波輸入濾波器+6脈沖整流UPS的相關(guān)的測試數(shù)據(jù)為例來分析6 脈沖可控硅整流器 UPS在配置5次諧波輸入濾波器前后、它的輸入諧波特性究竟發(fā)生了什么 樣的變化,以便能較清楚地理解：通過

30、釆取增配LC無源濾波器的技術(shù)改造后、它到底能給我 們帶來什么樣的好處和可能產(chǎn)生什么樣的負面影響？從表 28 所列的測試數(shù)據(jù)中，可以得到 如下結(jié)論：在配置 5次諧波輸入濾波器之后、所可能帶來的好處有：（1）能有效地降低 UPS的總輸入諧波電流分量（THDI）和輸入諧波電壓分量（THDV）: 對于6脈沖整流 UPS而言，當它的負載百分比分別從97.5%74%54卅24卅空載的趨勢變化時，它的總輸入電流諧波分量的THDI值將會沿著 33.2%r宀39%尸45.7%r宀62.5%r t87%r的變化趨勢而逐漸增大。相比之下，對于5次諧波輸入濾波器+6脈沖整流UPS而言，當它的負載百分比分別從97.5%

31、t74%t54%t24%的趨勢變化時，雖然它的總THDI 值也會沿著 7%rt9.5%rt13.2%rt23.7%r 的變化趨勢而逐漸增大。與此對應(yīng)的對 THDI的衰減率分別為：79% 76% 72%和62%也就是說，隨著 UPS的負載百分比的不斷 地下降， 5 次諧波濾波器對它的輸入電流諧波的濾波效果將逐漸地有所下降。然而，當5次諧波輸入濾波器+6脈沖整流UPS的負載百分比沿著24%t 12.5%t空載而逐漸地下降時， 它的總輸入電流諧波分量的 THDI 值不但沒有上升。反而，從 23.7%rt21.5%r 再下降到 8.3%左右。上述檢測數(shù)據(jù)暗示我們：對于5次諧波輸入濾波器+6脈沖整流UP

32、S而言，當它處于負載百分比 24%的輕載條件下運行時，它會呈現(xiàn)出”異常 ”的輸入電流諧波變化特性。此外，從表 28還可看到：6脈沖整流型UPS在配置5次諧波濾波器前后、它們的 5 次和7次諧波電流分量的 THDI值隨UPS的負載百分比的變化特性也呈現(xiàn)出相似的變化趨 勢。對于6脈沖整流 UPS而言，當它的負載百分比分別從97.5%t74%t54%t 24%t空載的趨勢變化時，它的總輸入電壓諧波分量的THDV值將沿1.97%r tl.73%rtl.43%r ti%rt0.5%r 的變化趨勢而逐漸地下降。與此同時，對于 5次諧波輸入濾波器 +6脈沖整流 UPS 而言，當它的負載百分比分別從97.5%

33、t 74%t 54%t 24%的下降趨勢變化時，它的總 THDV值也會沿著 0.7%rt0.63%rt0.46%rt0.43%r 的變化趨勢而逐漸下降。在這里，我們不僅可以發(fā)現(xiàn)：它們的輸入電壓諧波分量的THDV直都是隨著UPS的負載百分比的下降而不斷地下降的變化趨勢。而且，在對6脈沖整流UPS釆用增配LC無源濾波器的技術(shù)改造后，可以相當有效地降低輸入電源的電壓失真度。然而，當這種UPS的負載百分比分別從24%t 12.5%t空載的下降趨勢變化時， 它的總THDV直也卻是沿著 0.43%rt0.43%rt0.5%r 的變化趨勢而有所上升。 這樣的變化規(guī)律是十分類似于我們在它的負載百分比24%時、

34、所見到的負載百分比對 THDI值的影響的”異常變化”趨勢。也就是說：當這種UPS的負載百分比處于24河下的輕載條件下運行時，它的THDV勺值變化規(guī)律將會沿著 UPS處于重載條件下運行時的相反的方向的變化趨勢而運行著。表28 : 120KVA的Hipulse系列的6脈沖整流器+5次諧波濾波器的輸入諧波特性負載百分比是否配 置有輸 入濾波 器空載12.5%24%29%41%54%74%97.5%THDV沒有0.57%0.83 %1 %0.93 %1.067%1.43 %1.73 %1.97%有0.5 %0.43 %0.43 %0.4 %0.46 %0.46 %0.63%0.7%輸入功 率因數(shù)沒有0

35、.4370.5770.6370.6530.690.7230.7530.77有0.0630.5570.8830.9530.970.970.9570.95輸入電 流沒有7.78A36.7A60A71A94.9A116.2A151A198.2A有44A36.8A41.8A48.1A65.2A86.2A119.9A164.7A總THDI沒有87%70%62.5%59%52.3%45.7%39%33.2%有8.3%21.5%23.7%21.7%17.1%13.2%9.5%7%（2） LC 型的5次諧波濾波器的最佳濾波的濾除頻率是250Hz（50Hz基波的5倍頻率）:正如理論分析所預(yù)期的結(jié)果一樣，相關(guān)的檢

36、測數(shù)據(jù)再次證實：5次諧波輸入濾波器的最佳的電流濾波的濾除頻率發(fā)生在250Hz上（50Hz基波的5倍頻率）。對于5次諧波濾波器+6脈沖整流器UPS來說，有關(guān)它的輸入濾波器對其總的輸入電流諧波分量，5次輸入電流諧波分量和7次輸入電流諧波分量的 THDI值的衰減比的影響關(guān)系被示于表29中。表29：配置5次諧波輸入濾波器后、它對總輸入電流諧波分量，5次輸入電流諧波分量和7次輸入電流諧波分量的衰減比的影響（注：衰減比=1-（THDI 6脈沖/THDI6 脈沖+LC濾波）負載百分比空載12.5%24%29%41%54%74%97.5%總 THDI90%69%62%63%67%71%77%79%5 次 TH

37、DI90%87%84%84%85%86%88%89%7 次 THDI55%37%36%37%38%38%40%從上表可清楚地看到：不管UPS的負載百分比如何變化，這種LC無源濾波器在對各種輸入電流諧波分量執(zhí)行濾除的調(diào)控中，能最有效地完成諧波濾除的操作是發(fā)生它對5次輸入電流諧波分量的濾除作用上。這是因為：當UPS的負載百分比在 24%-100%滿載的范圍之內(nèi)，這種輸入濾波器對 5次輸入電流諧波分量的衰減比高達84%-89%左右（滿載）。與此同時，它對7次輸入電流諧波分量的衰減比僅為38%左右（滿載）。上述數(shù)據(jù)表明：LC無源濾波器運行特性的雙重性：它具有能對特定頻率的電流諧波分量執(zhí)行高效的、針對性

38、極強的濾除操作的明顯優(yōu)勢的同時，又暴露出：它的濾波作用的”窄頻段”的局限性（即：輸入電流諧波分量的頻率離LC無源濾波器的諧振頻率越遠，其濾波效果則越差）。此外、在這里，我們再次看到：當5次諧波濾波器+6脈沖整流器UPS處于輕載條件下運行時，它對各種輸入電流諧波分量的衰減比，也呈現(xiàn)出”異常”的變化規(guī)律。在此需說明的是： 對于諧振型的無源濾波器來說，它對特定頻率的電流諧波分量的濾除效果的優(yōu)劣程度取決于兩個因數(shù)： （1） 實際制備出的無源濾波器的諧振頻率是否能嚴格地控制在用戶所期望的工作 頻率上。這就意味著：要求UPS的生產(chǎn)廠家應(yīng)該嚴格地控制所釆用的諧振電感的電感量和諧 振電容的電容量的誤差范圍。否

39、則，就難于制備出完全符合產(chǎn)品說明書中所規(guī)定的TDHI 參數(shù)值的高一致性的產(chǎn)品。 正因為如此，在實際工作中，易于出現(xiàn)： 在同一生產(chǎn)廠家的同一型 號的LC型的5次諧波濾波器上所實測到的諧波參數(shù)的離散度較大的現(xiàn)象。（2）合理地選擇輸入濾波器的品質(zhì)因數(shù) Q的設(shè)計值，以便能獲得最小的總THDI值和盡可能寬的諧波濾除的覆蓋頻段。（3） 6脈沖整流型UPS在配置5次諧波輸入濾波器前后、它的輸入功率因數(shù)的變化趨勢對于6脈沖整流UPS而言，當它的負載百分比分別沿著 97.5%74%54%-24%-12.5% 空載的趨勢變化時， 它的輸入功率因數(shù)的 PF值將沿著0.77 0.753 0.723 0.637 0.5

40、57 -0.437的變化趨勢而逐漸地下降。對于5次諧波輸入濾波器+6脈沖整流UPS而言，當它的負載百分比分別從 97.5%-74%-54%-24%勺趨勢變化時，它的總 PF值將會沿0.95 0.957 -0.97 -0.883的趨勢而變化著，其最大的PF值出現(xiàn)在UPS的負載百分比為 40-60%的區(qū)間內(nèi)。在這里需特別說明的是：在6脈沖整流UPS的輸入端、配置上 5次諧波輸入濾波器后，雖然，它可以明顯地提高 UPS的輸入功率因數(shù)的 PF值：從6脈沖整流UPS的0.8左右（滿載） 提高到0.95左右（滿載）。然而，它卻會致使UPS的輸入功率因數(shù)從 6脈沖整流UPS的”滯 后”特性的PF值（呈現(xiàn)微電

41、感性）變成6脈沖整流+LC濾波器UPS的”超前”特性的PF值（呈現(xiàn) 微電容性）（見本系列文章中的圖 13）。當UPS的負載百分比處于從 24%-12.5%-空載而變化 的輕載狀態(tài)下運行時，對于 6脈沖整流UPS而言，它的輸入功率因數(shù) PF（滯后）是按0.64 - 0.58-0.44 的規(guī)律而逐漸下降的。然而，此時，對于 5次諧波輸入濾波器 +6脈沖整流 UPS 而言，它的輸入功率因數(shù) PF（超前）卻是按0.88 -0.56 -0.06的規(guī)律而急劇地下降。在此背 景下，就有可能會引發(fā)出如下的嚴重問題：當這種UPS處于負載百分比10%勺”極輕載”的狀態(tài)下運行時，它對輸入電源來說，將呈現(xiàn)出幾乎趨近于

42、”純電容性”的運行特性（眾所周知：純電容負載的功率因數(shù) PF=0）。這樣一來，當市電供電正常時，會導(dǎo)致輸入電源的運行 效率的嚴重下降。 對于發(fā)電機電源而言， 還會帶來如下麻煩的事件： 從前所述的發(fā)電機運行 特性可知 （圖 18）：如果后接負載為電容性負載時， 它存在著導(dǎo)致其輸出電壓會”異常增大” 或發(fā)電機”自動關(guān)機”的故障隱患。相關(guān)的統(tǒng)計資料顯示：對于5 次諧波輸入濾波器 +6 脈沖整流UPS來說，當它處于輕載（15%UPS俞出功率）的條件下運行時，當它因故需要執(zhí)行 市電供電轉(zhuǎn)發(fā)電機供電的切換操作時， 易于發(fā)生因發(fā)電機組在突然帶載的瞬間、 出現(xiàn)輸出電 壓“異常升高”而損壞用戶的設(shè)備 /UPS

43、電源的的整流濾波器進入”自動關(guān)機”的事故發(fā) 生?，F(xiàn)舉例說明如下，TXXX公司配置如下的一套 UPS供電系統(tǒng)來向它的IDC機房中的IT設(shè)備 和通信設(shè)備供電：由市電電源+500KVA柴油發(fā)電機+ATS開關(guān)所組成的雙總線輸入供電系統(tǒng)作 為它的輸入電源。它的后接負載有：（i）由兩臺釆用6脈沖整流+5次諧波輸入濾波器設(shè)計方案的UPS所組成的200KVA“ 1 + 1” UPS并機系統(tǒng)，UPS的負載百分比為8%左右；（ii） 130KVA 左右其它負載（注：主要為空調(diào)負載、少量為照明負載）。在市電供電時，UPS供電系統(tǒng)運行正常。當輸入電源被切換到發(fā)電機供電時，這套UPS供電系統(tǒng)似乎也能正常工作。在此條件下

44、，利用示波器可觀察到： 它的輸入電流波的相位超前于輸入電壓波的相位約 60 度左右。 即：它的相移性的輸入功率因數(shù)的Cos值=0.5（超前）。對于這樣的供電系統(tǒng)而言，當用戶對空調(diào)機等非 UPS負載執(zhí)行關(guān)機操作時，500KVA的柴油發(fā)電機將立即進入”自動關(guān)機”狀 態(tài)，并發(fā)出”發(fā)電機失去勵磁”的報警信號。 導(dǎo)致發(fā)生上述故障的原因是： 當位于” 2+1” UPS 并機中的6脈沖整流+5次諧波輸入濾波器處于”帶載極輕”的工作狀態(tài)下運行時，UPS的具有 超前特性的輸入功率因數(shù)的PF值已變成非常趨于零所致（注：這意味著：它幾乎等效于純電容性負載），從而導(dǎo)致在發(fā)電機供電系統(tǒng)與UPS供電系統(tǒng)之間出現(xiàn)嚴重的”不

45、兼容性”這是因為：發(fā)電機電源所期望的最佳的后接負載應(yīng)該是輸入功率因數(shù)為0.8左右的”滯后性負載”而不應(yīng)該是PF值很低的”超前性負載”如果不能理解到此點，在實際工作中，就易于 出現(xiàn)如下現(xiàn)象：UPS廠家認為故障是由于發(fā)電機的設(shè)計不合理所致。其理由是：市電供電時，UPS供電系統(tǒng)能運行正常。發(fā)電機廠家則認為故障是由于UPS的設(shè)計不合理所致。其理由是：發(fā)電機在同時帶空調(diào)+UPS供電系統(tǒng)的”負載較重”的條件下工作時，運行一切正常。為了解決此問題，近年來、有的UPS廠家推出一種：所謂智能型的5次諧波輸入濾波器+6脈沖整流UPS這種智能型的5次諧波輸入濾波器的控制原理圖被示于圖37a中。它與一般的5次諧波輸入

46、濾波器的區(qū)別僅在于：在它的諧振電感L4、L5和L6的輸入端串聯(lián)一個三相接觸器 K當UPS的負載百分比25%勺UPS的額定輸入功率時，三相接觸器K處于閉合狀態(tài)，它的存在、并不會影響5次諧波輸入濾波器的正常工作。相反，當UPS的負載百分比25%的UPS的額定輸入功率時，由 UPS的邏輯控制電路向三相接觸器K發(fā)出一個”斷開”的命令,將5次諧波輸入濾波器從 UPS的輸入電路中”脫離”出來。顯然，在此條件下，這臺 UPS的整 流器將重新返回到 6脈沖整流器UPS的工作狀態(tài)。由于此時的它的6脈沖整流器、對于輸入 電源而言，它相當于一個輸入功率因數(shù)的PF值為0.5左右的滯后性的電感性負載。顯而易見：此時、即使改由發(fā)電機來作為UPS的輸入電源，發(fā)電機也能安全、可靠地運行。(4) 6脈沖整流型UPS在配置5次諧波輸入濾波器前后、它的輸入電流的變化趨勢有關(guān)6脈沖整流型UPS在配置5次諧波輸入濾波器前后、 它的輸入電流的變化率與負載百