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6K1(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。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12k1(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。4二、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：谐波次数5th7th11th13th17th19th23th6脉冲谐波含量20%14%9%8%6%5%4%12脉冲谐波含量0%0%9%8%0%0%4%某型号大功率UPS谐波实测数据表：谐波次数5th7th11th13th17th19th23th6脉冲谐波含量32%3%8%3%4%2%2%12脉冲谐波含量1%1%9%4%1%1%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。三、性能对比：项目6脉整流器+5次滤波器12脉整流器+11次滤波器12脉整流器+11次滤波器的技术优势1、辐射到电网的输入电流谐波含量10%4.5%由于整流滤波型负载引入市电电网会造成电网被“污染”，由此而造成大量的高次谐波电流流过整个供电系统。为此，将会造成流过中线的电流过流及电动机负载异常发热。为解决上述问题：建议配置12脉冲整流器加11次谐波滤波器，从而确保用户电网的供电质量达到“绿色电源”标准。2能耗较大较小辐射到电网的输入电流谐波含量小高次谐波会在输入电力变压器、电缆上产生附加热损，造成能源浪费。3发电机宕机易不会避免了励磁绕组的正反馈效应4引起开关误动作易不易5UPS前端需发电机容量大，要求按1.62倍配置发电机的容量更小，按1.51.8倍配置发电机的容量6脉冲整流器UPS需1.8倍以上油机容量12脉冲整流器只需1.5倍油机容量6UPS输入开关、电缆容量配置增加不增加由于6脉冲整流输入峰值电流较大，变压器、断路器、电缆等均需降额使用，从而导致投资费用增加。7.整流器输出纹波电压较大降低50%12脉冲整流器输出的直流电压的纹波是6脉冲的50%，大大降低了电池充电时的纹波影响，可有效延长电池的寿命。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