双桥十二脉动整流器原理.pdf

双桥双桥十二十二脉动脉动整流器原理整流器原理0 0 0 0 引言引言 十二脉冲整流技术的发展由来已久，早在 70 年代初期，当大功率可控硅发 展成熟之际，人们就已经发现了可控硅整流器在将交流电转换为直流电的同时， 产生了大量的谐波电流注入到电网中， 随之而来的就是谐波电流对电网中的其它 负载产生的影响，为此，人们寻求一种解决方法，希望去除掉整流器产生的谐波 电流 在当时的技术水平和条件下，只有两种解决方案：其一是采用两套整流器通 过不同相位的叠加，以便消除 H5、H7 次谐波，也就是 12 脉冲整流器；另外一 种方案就是采用 LC 型的无源滤波器，试图消除（主要是）H5 和（部分的）H7 以及少量的其它更高次的谐波这在当时算是比较先进的技术1 1 1 1 十二十二脉冲整流器原理脉冲整流器原理 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 桥 1 的网侧电流傅立叶级数展开为： iIA=iIa=2´31/2/p´Id( sinwt-1/5sin5wt-1/7sin7wt+1/11sin11wt+1/13sin13wt-1/17 Sin17wt-1/19sinwt+…) 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°： iIA=2´31/2/p´Id( sinwt+1/5sin5wt+1/7sin7wt+1/11sin11wt+1/13sin13wt+1/17Sin17 wt+1/19sinwt+…) 故合成的网侧线电流 iA=iIA+iIIA=4´31/2/p(sinwt+1/11sinwt+1/13sin13wt+…) 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，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。

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 流电路图 1 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 等次谐波相互抵消，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2 2 2 2 实测数据分析实测数据分析 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： 谐波次数谐波次数5th5th5th5th7th7th7th7th11th11th11th11th13th13th13th13th17th17th17th17th19th19th19th19th23th23th23th23th 6 6 6 6 脉冲谐波含量脉冲谐波含量20%20%20%20%14%14%14%14%9%9%9%9%8%8%8%8%6%6%6%6%5%5%5%5%4%4%4%4% 12121212 脉冲谐波含量脉冲谐波含量0%0%0%0%0%0%0%0%9%9%9%9%8%8%8%8%0%0%0%0%0%0%0%0%4%4%4%4%某型号大功率 UPS 谐波实测数据表： 谐波次数谐波次数5th5th5th5th7th7th7th7th11th11th11th11th13th13th13th13th17th17th17th17th19th19th19th19th23th23th23th23th 6 6 6 6 脉冲谐波含量脉冲谐波含量32%32%32%32%3%3%3%3%8%8%8%8%3%3%3%3%4%4%4%4%2%2%2%2%2%2%2%2% 12121212 脉冲谐波含量脉冲谐波含量1%1%1%1%1%1%1%1%9%9%9%9%4%4%4%4%1%1%1%1%1%1%1%1%2%2%2%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3 3 3 3 谐波分析和改良对策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正序（3k+1 次，k 为 0 和正整数）、 负序（3k+2 次，k 为 0 或正整数）、0 序（3k 次，k 为正整数） 正序电流使损耗加重，负序电流使电机反转、发热，零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4 4 4 4 十二十二脉冲整流器脉冲整流器优点优点 12 脉冲整流器基本消除了 5 次谐波（衰减率 10 倍以上）、部分地消除了 7 次谐波（衰减率 2 倍）对电网的注入影响，使得 UPS 对上线电网的谐波污染（总 电流失真度 THDI）衰减了约 2 倍5 5 5 5 十二十二脉冲整流器缺点脉冲整流器缺点 （1）谐波抑制效果较差：按照国际标准 IEC 61000-3-4 的谐波标准（参见下 表），12 脉冲整流器的总电流谐波失真度为 10％，满足该标准，但单次谐波 H 11、H13 均超过标准数值的两倍以上，甚至比原 6 脉冲整流器的 H11、H13 还要 大；在一些特殊场合，只能采用 12 脉冲整流器＋H11 次无源滤波器的方法，但 其结果甚至于还不如 6 脉冲整流器＋无源滤波器的效果。

2）低负载率时效果很差：UPS 大多数情况下运行在 60～70％的负载率， 特别是当 UPS 为 1＋1 冗余并联时，每台 UPS 的负载率仅在 30～40％左右，12 脉冲整流器的 THDI 约等于 20％，即使采用 12 脉冲整流器+H11 次滤波器，也 仍然在 15%左右，还不如 6 脉冲整流器＋无源滤波器的结果（参见下图）3）系统效率损失较大系统效率损失较大：：假如以 6 脉冲整流器的效率为单位 1，则 12 脉冲 整流器的采用将降低系统效率的 2～3％；而普通 LC 滤波器仅降低 1％左右，这 就是 LC 低通滤波器至今仍然在沿用的一个原因 （（4 4 4 4））价格较高：价格较高：假如以 6 脉冲整流器的 UPS 标准价为单位 1，则 12 脉冲 整流器需增加 20％ （内置， 但大容量时可能不能内置） 到 30％ （独立机柜外置）； 而普通 LC 滤波器仅需增加 10％（内置）到 20％（外置），这也正是 LC 低通滤 波器至今仍然在采用的主要原因 （（5 5 5 5））可靠性低可靠性低：：由于 12 脉冲整流器是由 2 个 6 脉冲整流器串连或并联组成 的，因此部件增多，反而增加了 UPS 本身的故障点，降低了 UPS 系统的可靠性， 对整个负载系统的供电不利。

（（6 6 6 6））安全性差安全性差：：12 脉冲整流器是串连连接到 UPS 系统中的（与 LC 滤波器 相同），而 MGE 推出的 THM 与 UPS 是并联连接到电网与负载之间的，因此安 全性较高，不会由于 THM 的故障造成整个 UPS 系统的供电故障 （（7 7 7 7））与发电机匹配差与发电机匹配差：：在一些配发电机的大型用户现场，采用 12 脉冲整流 器后，UPS 和发电机的匹配不是最佳的，即发电机的容量将需要配得较大，有时 需要 2.5～3 倍6 总结总结 综上所述， 十二脉冲整流器的弊大于利，在现代电力电子技术成功发展的今 天， 应属于逐渐趋于淘汰的产品而应用新技术的有源谐波调节器和有源滤波器 等产品将成为市场发展的必然趋势。