6脈沖與12脈沖區(qū)別[教學應(yīng)用]

1、大功率UPS 6脈沖與12脈沖可控硅整流器原理與區(qū)別一、理論推導1、6脈沖整流器原理：6脈沖指以6個可控硅（晶閘管）組成的全橋整流，由于有6個開關(guān)脈沖對6個可控硅分別控制，所以叫6脈沖整流。當忽略三相橋式可控硅整流電路換相過程和電流脈動，假定交流側(cè)電抗為零，直流電感為無窮大，延遲觸發(fā)角a為零，則交流側(cè)電流傅里葉級數(shù)展開為：(1-1)由公式（1-1）可得以下結(jié)論：電流中含6K?1（k為正整數(shù)）次諧波，即5、7、11、13.等各次諧波，各次諧波的有效值與諧波次數(shù)成反比，且與基波有效值的比值為諧波次數(shù)的倒數(shù)。圖1.1 計算機仿真的6脈沖A相的輸入電壓、電流波形2、12脈沖整流器原理：12脈沖是指在原

2、有6脈沖整流的基礎(chǔ)上，在輸入端、增加移相變壓器后在增加一組6脈沖整流器，使直流母線電流由12個可控硅整流完成，因此又稱為12脈沖整流。下圖所示I和II兩個三相整流電路就是通過變壓器的不同聯(lián)結(jié)構(gòu)成12相整流電路。12脈沖整流器示意圖（由2個6脈沖并聯(lián)組成）橋1的網(wǎng)側(cè)電流傅立葉級數(shù)展開為：(1-2)橋II網(wǎng)側(cè)線電壓比橋I超前30?，因網(wǎng)側(cè)線電流比橋I超前30?(1-3)故合成的網(wǎng)側(cè)線電流(1-4)可見，兩個整流橋產(chǎn)生的5、7、17、19、.次諧波相互抵消，注入電網(wǎng)的只有12k?1（k為正整數(shù)）次諧波，即11、13、23、25等各次諧波，且其有效值與與諧波次數(shù)成反比，而與基波有效值的比值為諧波次數(shù)的

3、倒數(shù)。圖1.2 計算機仿真的12脈沖UPS A相的輸入電壓、電流波形二、實測數(shù)據(jù)分析。以上計算為理想狀態(tài)，忽略了很多因數(shù)，如換相過程、直流側(cè)電流脈動、觸發(fā)延遲角，交流側(cè)電抗等。因此實測值與計算值有一定出入。理論計算諧波表：諧波次數(shù)5th7th11th13th17th19th23th6脈沖諧波含量20%14%9%8%6%5%4%12脈沖諧波含量0%0%9%8%0%0%4%某型號大功率UPS諧波實測數(shù)據(jù)表：諧波次數(shù)5th7th11th13th17th19th23th6脈沖諧波含量32%3%8%3%4%2%2%12脈沖諧波含量1%1%9%4%1%1%2%從以上兩表對比可得，6脈整流器諧波含量最大為5

4、次諧波、12脈整流器強度最大為11次諧波，與理論計算結(jié)果一致。6脈5次諧波實測值較計算值偏大，12脈11次諧波實測值與計算值相同。三、諧波分析和改良對策諧波可能造成配電線纜、變壓器發(fā)熱，降低通話質(zhì)量，空氣開關(guān)誤動作，發(fā)電機喘振等不良后果；諧波按電流相序分為+序（3k+1次，k為0和正整數(shù)）、-序（3k+2次，k為0和正整數(shù)）、0序（3k次，k為正整數(shù)）。+序電流使損耗加重，-序電流使電機反轉(zhuǎn)、發(fā)熱，0序電流使中線電流異常增大。從實測值可見，6脈整流器5次諧波最大，可加裝5次濾波器來抑制諧波；12脈整流器11次諧波最大，可加裝11次濾波器來抑制諧波。濾波器原理圖如下：圖：常用的LC濾波器原理圖某

5、型號大功率UPS加裝濾波器后諧波對比表如下：諧波次數(shù)3th5th7th11th13th17th19thTotalIEC指標要求21.6%10.7%7.2%3.1%2%1.2%1.1%25%6脈沖諧波含量32%3%8%3%4%2%30%6脈整流器+5次濾波器2%1%7%2%3%2%9%12脈沖諧波含量1%1%9%4%1%1%10%12脈整流器+11次濾波器1%1%3%2%1%1%4.5%從上表可以看出，加裝濾波器對諧波抑制作用非常明顯。需要特別指出的是：6脈沖+5次諧波濾波器的配置可以達到9左右的諧波要求，但是由于5次諧波（250Hz）濾波器的電容容值較大，在UPS負載較輕（75%負載6脈沖86

6、%65%50%30%6脈沖+5次濾波器50%30%1520%1012%12脈沖20%15%12%9.5%12脈沖+11次濾波器1215%8 12%58%4.5% 附表2：某型號400KVA 12脈沖+11次濾波器 UPS輸入電流總諧波含量表負載百分比電池諧波分量THDI%總諧波電流絕對值100%4.5%75%5%50%8%40%10%30%12% 影響電網(wǎng)的是諧波電流的絕對值，而不是諧波電流的百分比。由上表可以看出，在滿載情況下，諧波電流絕對值最大；在半載及輕載情況下，諧波電流絕對值均不超過100%滿載諧波電流絕對值。12脈沖+11次諧波濾波器具有最小的效輸入電流總諧波，同時還可避免有源濾波器

7、“誤補償”、系統(tǒng)效率低等缺點，因12脈沖+11次諧波濾波器此對電網(wǎng)的污染最低，適用于可靠性要求較高的場合使用。四、性能對比：項目6脈整流器+5次濾波器12脈整流器+11次濾波器12脈整流器+11次濾波器的技術(shù)優(yōu)勢1、輻射到電網(wǎng)的輸入電流諧波含量10%4.5%由于整流濾波型負載引入市電電網(wǎng)會造成電網(wǎng)被“污染”，由此而造成大量的高次諧波電流流過整個供電系統(tǒng)。為此，將會造成流過中線的電流過流及電動機負載異常發(fā)熱。為解決上述問題：建議配置12脈沖整流器加11次諧波濾波器，從而確保用戶電網(wǎng)的供電質(zhì)量達到“綠色電源”標準。2能耗較大較小輻射到電網(wǎng)的輸入電流諧波含量小高次諧波會在輸入電力變壓器、電纜上產(chǎn)生附

8、加熱損，造成能源浪費。3發(fā)電機宕機易不會避免了勵磁繞組的正反饋效應(yīng)4引起開關(guān)誤動作易不易5UPS前端需發(fā)電機容量大，要求按1.62倍配置發(fā)電機的容量更小，按1.51.8倍配置發(fā)電機的容量6脈沖整流器UPS需1.8倍以上油機容量12脈沖整流器只需1.5倍油機容量6UPS輸入開關(guān)、電纜容量配置增加不增加由于6脈沖整流輸入峰值電流較大，變壓器，斷路器，電纜等均需降額使用，從而導致投資費用增加。7.整流器輸出紋波電壓較大降低50%12脈沖整流器輸出的直流電壓的紋波是6脈沖的50%，大大降低了電池充電時的紋波影響，可有效延長電池的壽命。從上表可以看到，12脈沖整流器在多項性能指標上均優(yōu)于6脈沖整流器。12脈沖整流技術(shù)自70年代誕生自今，經(jīng)過不斷改進和完善，現(xiàn)已逐漸成為大功率UPS整流器的優(yōu)選技術(shù)。全球主流的大功率UPS廠