本文從理論推導、實測數據分析、諧波分析和改善對策、性能對比四個方面詳細闡述6脈衝和12脈衝整流器的原理和區別。對大功率UPS的整流技術有一個深入全面的剖析。
12脈整流器,總結,
12脈整流器
一、理論推導
1、6脈衝整流器原理：
6脈衝指以6個可控矽（晶閘管）組成的全橋整流，由於有6個開關脈衝對6個可控矽分別控制，所以叫6脈衝整流。
當忽略三相橋式可控矽整流電路換相過程和電流脈動，假定交流側電抗為零，直流電感為無窮大，延遲觸發角a為零，則交流側電流傅立葉級數展開為：
(1-1)
由公式（1-1）可得以下結論：
電流中含6K?1（k為正整數）次諧波，即5、7、11、13...等各次諧波，各次諧波的有效值與諧波次數成反比，且與基波有效值的比值為諧波次數的倒數。
圖1.1 計算機仿真的6脈衝A相的輸入電壓、電流波形
2、12脈衝整流器原理：
12脈衝是指在原有6脈衝整流的基礎上，在輸入端、增加移相變壓器後在增加一組6脈衝整流器，使直流母線電流由12個可控矽整流完成，因此又稱為12脈衝整流。
下圖所示I和II兩個三相整流電路就是通過變壓器的不同聯結構成12相整流電路。
12脈衝整流器示意圖（由2個6脈衝並聯組成）
橋1的網側電流傅立葉級數展開為：
(1-2)
橋II網側線電壓比橋I超前30?，因網側線電流比橋I超前30?
(1-3)
故合成的網側線電流
(1-4)
可見，兩個整流橋產生的5、7、17、19、...次諧波相互抵消，注入電網的只有12k?1（k為正整數）次諧波，即11、13、23、25等各次諧波，且其有效值與與諧波次數成反比，而與基波有效值的比值為諧波次數的倒數。
圖1.2 計算機仿真的12脈衝UPS A相的輸入電壓、電流波形
二、實測數據分析。
以上計算為理想狀態，忽略了很多因數，如換相過程、直流側電流脈動、觸發延遲角，交流側電抗等。因此實測值與計算值有一定出入。
理論計算諧波表：
某型號大功率UPS諧波實測數據表：
從以上兩表對比可得，6脈整流器諧波含量最大為5次諧波、12脈整流器強度最大為11次諧波，與理論計算結果一致。6脈5次諧波實測值較計算值偏大，12脈11次諧波實測值與計算值相同。
三、諧波分析和改良對策
諧波可能造成配電線纜、變壓器發熱，降低通話質量，空氣開關誤動作，發電機喘振等不良後果；諧波按電流相序分為+序（3k+1次，k為0和正整數）、-序（3k+2次，k為0和正整數）、0序（3k次，k為正整數）。
+序電流使損耗加重，-序電流使電機反轉、發熱，0序電流使中線電流異常增大。
從實測值可見，6脈整流器5次諧波最大，可加裝5次濾波器來抑制諧波；12脈整流器11次諧波最大，可加裝11次濾波器來抑制諧波。精密空調濾波器原理圖如下：
圖：常用的LC濾波器原理圖
某型號大功率UPS加裝濾波器後諧波對比表如下：
從上表可以看出，加裝濾波器對諧波抑制作用非常明顯。
需要特別指出的是：6脈衝+5次諧波濾波器的配置可以達到9%左右的諧波要求，但是由於5次諧波（250Hz）濾波器的電容容值較大，在UPS負載較輕（<15%額定負載）時，整流器輸入電流會超前輸入電壓，如果發電機的勵磁繞組採用自勵方式，很容易產生電樞正反饋效應，發電機輸出電壓會異常升高，導致發電機進入保護狀態而停機。精密空調論壇因此6脈衝+5次諧波濾波器方案不建議在UPS負載較輕時使用。當實際負載較輕時，可將5次諧波濾波器從整流器上脫出。
而單獨的12脈整流器也可達到10%左右的電流諧波指標，但是沒有大電容的LC電路，避免了與發電機的勵磁正反饋效應。
採用12脈衝整流器+11次諧波器可達到小於4.5%的電流諧波指標。單次諧波和總諧波含量均滿足IEC61000-3-4的指標要求。
附表1：在配置不同負載條件下，數據中心機房輸入電流諧波總含量數據
附表2：某型號400KVA 12脈衝+11次濾波器 UPS輸入電流總諧波含量表
影響電網的是諧波電流的絕對值，而不是諧波電流的百分比。由上表可以看出，在滿載情況下，諧波電流絕對值最大；在半載及輕載情況下，諧波電流絕對值均不超過100%滿載諧波電流絕對值。12脈衝+11次諧波濾波器具有最小的效輸入電流總諧波，同時還可避免有源濾波器“誤補償”、系統效率低等缺點，因12脈衝+11次諧波濾波器此對電網的污染最低，適用於可靠性要求較高的場合使用。
四、性能對比：
從上表可以看到，12脈衝整流器在多項性能指標上均優於6脈衝整流器。12脈衝整流技術自70年代誕生自今，經過不斷改進和完善，現已逐漸成為大功率UPS整流器的優選技術。全球主流的大功率UPS廠商均推出了12脈衝UPS產品。
總結
終上所述，在投資額充許的情況下，精密空調儘量選用12脈整流器加11次濾波器的UPS配置。此種配置滿足信息產業部UPS行業標準輸入電流諧波成份I類要求（YD/T1095-2000）和國際電工委員會IEC61000-3-4的指標要求。
