脉冲整流器和12脉冲整流器介绍

6脉冲整流器和12脉冲整流器介绍

由于不断电系统之输入端需进行交、直流电压转换，而传统UPS 一般均采用可控硅整流器构成的6脉冲整流器整流电路。此电路的问题在于将造成系统输入功率因数恶化及输入电流谐波失真率增加等负面影响。对此相关问题，亦可利用功率因数矫正电路技术进行改善。然而受限于成本因素，目前该项技术仍较适合应用于中低功率型系统。较大容量之交、直流整流器设计，尚需藉由可控硅整流器予以达成，对此一般可以可采用12脉冲整流器和主动电力滤波器补偿，下文主要介绍6脉冲和12脉冲整流器的结构

图1绘出一典型的3相6脉冲整流器架构，当系统处于理想的运转状况下，市电电感L S 可假设为零，且视直流电感L d 足够大使得直流输出电流无涟波成分，今如令整流器触发角为α，则自市电引入之电流i s 可表示为：

())sinh()sin(21αωαω-+-=t i t i i h S

(1) o h I h i π6

=, h =6n ±1, (n=1, 2, 3,…) (2)

其中i h 为市电谐波电流。由上式可看出，3相6脉冲整流器主要之谐波电流成分为5次谐波，而其总谐波含量约为30%。为达到提高功因及降低谐波成分的目的，可在不断电系统之电源输入侧并联LC 滤波器使用。至于谐波滤波器之设计方式可根据下式决定：

LC

f h π21= (3) 其中f h 为谐波频率、L 为滤波电感、C 为电容值。由于6脉波型整流器所产生之最低阶谐波为5次谐波，目前该型不断电系统机种常采5阶及（或）7阶型滤波器设计。 相控整流器直流

電容器

三相電源L s L d

濾波器濾波器

補償器驅動器α

?*

α+++-相控整流器2

直流電容均流迴路相控整流器1

市電端相移變壓器驅動器

图1：三相6脉冲整流器 图2：三相12脉冲整流器及均流控制回路 另一方面，为进一步提高相控整流器所产生之谐波电流阶数，亦可采行12脉冲整流技术，其电路架构如图2所示。主要原理为利用两组变压器将交流电压移相，各自整流后，再于直流侧予以合成，产生12步阶直流涟波效果。由数学理论推导，12脉冲相控整流器所需引入之市电线电流为：

())sin()sin(21αωαωh t h i t i i h S -+-=

(4) o h I h i π6

=, h =12n ±1, (n=1, 2, 3,…) (5)

由(4)、(5)式可看出，12脉冲整流电路所产生之谐波电流最低为11次谐波，其远高于6脉冲整流技术产生之5次谐波，且其总谐波含量亦较6脉冲为低；然而该12脉冲机种需额外加入一输入相移变压器，为有效减少相移变压器的生产成本，变压器可采自耦型设计（如图1所示），惟其需注意系统是否有输出入电压隔离的问题。另鉴于12脉冲整流电路在实现时可能因两组整

流器输入电流不相等而导致输入电流谐波量增加，在设计整流器控制系统时，亦宜加入一额外之均流控制回路。至于在输入电力滤波器设计方面，12脉冲整流器需搭配11阶及（或）13阶滤波器设计，故可大幅降低滤波器体积及容量大小。