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关于UPS中的12脉冲整流器

1.12脉冲整流器的历史渊源

12脉冲整流技术的发展由来已久,早在70年代初期,当大功率可控硅发展成熟之际,人们就

已经发现了可控硅整流器在将交流电转换为直流电的同时,产生了大量的谐波电流注入到电网中,

随之而来的就是谐波电流对电网中的其它负载产生的影响,为此,人们寻求一种解决方法,希望去

除掉整流器产生的谐波电流。

在当时的技术水帄和条件下,只有两种解决方案:其一是采用两套整流器通过不同相位的叠加,以

便消除H5、H7次谐波,这就是12脉冲整流器;另外一种方案就是采用LC型的无源滤波器,试图

消除(主要是)H5和(部分的)H7以及少量的其它更高次的谐波。这在当时算是比较先进的技术。

在UPS领域,梅兰日兰(MGEUPSSYSTEMS)公司可谓是12脉冲整流器应用的先驱。早

在1976年,梅兰日兰推出的第二代大功率全可控硅UPS(可控硅整流器-可控硅逆变器-可控硅

静态开关)――Alpase3000系列中,就已经开始使用了12脉冲整流器。在1981年11月,梅

兰日兰在法国、欧共体和美国还同时注册了专利(FR2517489-EP0080925-US449812),

专利标题为“由两个Graetz整流桥组成的、可抑制电网中5、7次谐波电流的12相可控硅静态变换

器”【原文为:Staticconverterwithelectricvalvescomprisingatwelve-phaseconnection

withtwoGraetzbridgesforthesuppressionofharmonics5and7ofnetworkcurrent】。

随后,梅兰日兰便积极地将这一专利技术应用于自己的多项产品中,包括:

1983年的Alpase4000系列,30-600KVA;

1989年的EPS5000系列,60-800KVA;

1993年的Galaxy(达林顿晶体管)系列,40-300KVA。

从1997年推出GalaxyPW机型以后,梅兰日兰取消了12脉冲整流器作为选件在新机型中的

应用。主要原因是:应用微处理器控制器和数字信号处理器DSP以及大功率IGBT等新技术开发的

新产品——有源谐波调节器SineWaveTM和有源滤波器THM诞生了,它们具有比以往任何一种谐

波解决方案都更加完美的特性;另外的一个原因就是:国际上新的谐波标准IEC61000-3-4的诞生,

使得12脉冲整流器已经不能满足该标准的基本要求,包括无源LC滤波器,也就是说12脉冲整流

器已经落伍了。

2.12脉冲整流器的基本工作原理

在一个基本6脉冲整流器(超前)的基础上利用利用单绕组输入/双绕组输出的变压器产生滞后

30度的移相电压,再送入另一整流器(滞后整流器,参见以下左图),使得两个整流器产生的直流

并联,从而在UPS的电源输入端上的总输入电流:

3.12脉冲整流器的分析

3.1.优点

12脉冲整流器基本消除了5次谐波(衰减率10倍以上)、部分地消除了7次谐波(衰减率2

倍)对电网的注入影响,使得UPS对上线电网的谐波污染(总电流失真度THDI)衰减了约2倍。

3.2.缺点

谐波抑制效果较差:按照国际标准IEC61000-3-4的谐波标准(参见下表),12脉冲整流器

的总电流谐波失真度为10%,满足该标准,但单次谐波H11、H13均超过标准数值的两倍以上,

甚至比原6脉冲整流器的H11、H13还要大;在一些特殊场合,只能采用12脉冲整流器+H11次

无源滤波器的方法,但其结果甚至于还不如6脉冲整流器+无源滤波器的效果;

低负载率时效果很差:UPS大多数情况下运行在60~70%的负载率,特别

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