6脉冲与12脉冲整流

6脉冲、12脉冲整流器原理与区别
摘要：本文从理论推导、实测数据分析、谐波分析和改善对策、性能对比四个方面详细阐述6脉冲和12脉冲整流器的原理和区别。

对大功率UPS的整流技术有一个深入全面的剖析。

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：
xLx （jHiiat--sin S M--dn7at + —siiillai + —一-—smlT^t一- del 知
5 7 11 13 1719
（1-1）
由公式（1-1 ）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。

桥1的网侧电流傅立叶级数展开为:
■ Ij ■ tiuird ' wEdar- '、血_01 * ' Mtd lor * ' fiitl 如
+ . .}
iA n 4
5 7 11 13
17 IP
f
(1-2)
600 0 400,0
200 0 W 0.0 ^200,0
-400.0 600 0 400 O 200,0 £ 0.0 -200 0 -4 00 0
图1.1计算机仿真的6脉冲A 相的输入电压、电流波形
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 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。

6脉冲整
F 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。

12脉冲整流器示意图（由 2个6脉冲并联组成）
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?
:加=丄、+
+
krf + —soil Ajtf + —'iijl-ci# + — ud^ + I
(1-3)
故合成的网侧线电流
A - ijx
+
hjA~
x(siii at + — suillot+ ™suii3<it
真
11 13
(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。

600.01
400.0- J>00.0 < 0 0 ^2000 400 01 200 0 > 0.0 200,0 -400 0
图1.2计算机仿真的12脉冲UPS A 相的输入电压、电流波形
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:
RMS; 220.58
/ \ $、
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、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+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。

滤波器原理图如下：
图：常用的LC滤波器原理图
某型号大功率UPS加装滤波器后谐波对比表如下：
从上表可以看出，加装滤波器对谐波抑制作用非常明显。

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（＜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。

当实际负载较轻时，可将5次谐波滤波器从整流器上脱
出。

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。

附表1:在配置不同负载条件下，输入电流谐波总含量数据
附表2:某型号400KVA 12脉冲+11次滤波器UPS输入电流总谐波含量表
影响电网的是谐波电流的绝对值，而不是谐波电流的百分比。

由上表可以看出，在满载情况
下，谐波电流绝对值最大；在半载及轻载情况下，谐波电流绝对值均不超过100%满载谐波电流绝对值。

12脉冲+11次谐波滤波器具有最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最低，适用于可靠
性要求较高的场合使用。

四、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。

终上所述，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。