简单剖析脉冲整流器原理应用技术

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1、本文由中国电力电子产业网http://www.p-e-china.com特约电力电子技术专家编写，转载请说明来源。简单剖析脉冲整流器原理应用技术一、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：(1-1)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

2、，且与基波有效值的比值为谐波次数的倒数。本文由中国电力电子产业网http://www.p-e-china.com特约电力电子技术专家编写，转载请说明来源。本文由中国电力电子产业网http://www.p-e-china.com特约电力电子技术专家编写，转载请说明来源。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。1

3、2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：本文由中国电力电子产业网http://www.p-e-china.com特约电力电子技术专家编写，转载请说明来源。本文由中国电力电子产业网http://www.p-e-china.com特约电力电子技术专家编写，转载请说明来源。(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

4、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UPSA相的输入电压、电流波形本文由中国电力电子产业网http://www.p-e-china.com特约电力电子技术专家编写，转载请说明来源。本文由中国电力电子产业网http://www.p-e-china.com特约电力电子技术专家编写，转载请说明来源。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

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

6、：本文由中国电力电子产业网http://www.p-e-china.com特约电力电子技术专家编写，转载请说明来源。本文由中国电力电子产业网http://www.p-e-china.com特约电力电子技术专家编写，转载请说明来源。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

7、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