12脈沖與IGBT高頻整流器

　　一、概述12脈沖整流器的由來

　　對于直流來說不存在什么功率因數問題，因為直流的電流和電壓永遠是同相的。而對于交流而言就出現了這個問題，功率因數是由于電壓電流不同相造成的，如圖1所示，電流和電壓有一個相位差q，圖中的黑粗線表示電流和電壓同相位時產生的有功功率，而其他部分則是無功功率，功率因數就是表征有功功率和無功功率含量情況的，它是相位差的函數，如式(1)所示。

　　Pf =cos? (1)

　　無功功率的出現不是一件好事，因為作為負載來說，它不能將由電網送來的能量全部吸收，只吸收有功功率部分，而無功功率部分則在電網線路中串來串去，白白占據著電網的有效線路而不做功。以后由于非線性負載的出現，如整流脈沖負載，雖然電流不是和電壓不同相的的正弦波，但由于對正弦電壓波形的破壞也同樣出現了無功功率，而且這種整流式脈沖負載已是當前影響功率因數的主要來源。為了節能、有效利用能源和降低干擾，國家對企業的輸入功率因數限值做出了規定，如何提高用電設備的輸入功率因數已成當務之急。

圖1 電流電壓不同相時的相對位置關系

　　二、12脈沖整流器的提出和解決方法

　　早期的IT設備供電電源多為單相220V，如果用電設備是電阻負載，其上面的電流和電壓波形是連續的，如圖2中的左邊波形。但一般IT設備又有內部自備電源，這些電源的輸入都是一個整流濾波器，使得電流呈脈沖狀，使得對應脈沖電流的電壓波形部分出現了失真，如圖2的中間波形就是單相整流時的破壞情況，這時的輸入功率因數只有0.6-0.7。但如果能夠將中間圖形中的一個大電流脈沖變成布滿整個半周的小電流脈沖，也就相當于與電壓同相的連續電流了，此時的電壓波形就幾乎沒有失真了，如圖中的右圖所示，此時的輸入功率因數九可以接近于1。

圖2 幾種負載情況對電壓正弦波形的影響情況

　　一般單相小功率UPS即使對電網有破壞，也不會造成大的損失，原因是功率不大。最嚴重的是三項大功率UPS，比如100-400kVA，目前一般標配都是所謂6脈沖結構輸入整流器，如圖3(a)所示。圖(b)是這種電路破壞輸入電壓波形的一種情況。盡管如此，但它比單相時好多了輸入功率因數可達0.8，原因是它將單相時的每半周一個脈沖增到3個，如圖

　　3(e)的“6脈沖整流電流輸入波形”所示。但此時如果前面配置發電機還是需要3比1的容量，即發電機的容量至少要3倍于UPS。而且諧波電流也達到30%，對外干擾嚴重，所以很多用戶提出了輸入功率因數大于0.9的要求。為了這個目的不得不再增加半周內整流脈沖的數量，最簡單的方法是將6脈沖增加到12脈沖，這就需要再增加和原UP