高次谐波计算

大功率UPS 6脉冲与12脉冲可控硅整流器的区别

艾默生网络能源有限公司UPS 产品部 温顺理

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)

由公式(1)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。 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。

...)19sin 19

1

17sin 17113sin 13111sin 1117sin 715sin 51(sin 32+--++--⨯⨯⨯

=t t t t t t t I i d A ωωωωωωωπ

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。

...)19sin 19

1

17sin 17113sin 13111sin 1117sin 715sin 51(sin 32+--++--⨯⨯⨯

=t t t t t t t I i d IA ωωωωωωωπ...)19sin 19

1

17sin 17113sin 13111sin 1117sin 715sin 51(sin 32+++++++⨯⨯⨯

=t t t t t t t I i d IIA ωωωωωωωπ...)13sin 13

1

11sin 111(sin 3

4t t t I i i i d IIA IA A ωωωπ

++

⨯⨯⨯

=+=

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：

某型号大功率UPS谐波实测数据表：

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、性能对比：

从上表可以看到，12脉冲整流器在多项性能指标上均优于6脉冲整流器。12脉冲整流技术自70年代诞生自今，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。全球主流的大功率UPS厂商均推出了12脉冲UPS产品。

综上所述，在投资额充许的情况下，尽量选用12脉整流器加11次滤波器的UPS配置。此种配置满足信息产业部UPS行业标准输入电流谐波成份I类要求(YD/T1095-2000)和国际电工委员会IEC61000-3-4的指标要求。