Serie de rectificadores de CA a CC

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I. Derivación teórica
1.6 Principio del rectificador de pulsos:
6 pulsos se refiere al rectificador de puente completo compuesto por 6 tiristores (tiristores), porque hay 6 pulsos de conmutación para controlar 6 tiristores respectivamente, por eso se llama rectificador de 6 pulsos.






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Si ignoramos el proceso de conmutación del tiristor del puente trifásico y la pulsación de corriente, y suponemos que la reactancia del lado de CA es cero, la inductancia de CC es infinita y el ángulo de disparo por retardo a es cero, la expansión de la serie de Fourier de la corriente del lado de CA es:


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(1, 1)







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De la fórmula (1-1) se puede concluir que:
¿La corriente contiene 6K? 1 (k es un entero positivo) subarmónicos, es decir, 5, 7, 11, 13... El valor efectivo de cada armónico es inversamente proporcional al número armónico, y la relación del valor efectivo de la onda fundamental es el recíproco del número armónico.

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Figura 1.1 Forma de onda de voltaje y corriente de entrada de una fase A de 6 pulsos simulada por computadora






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2. Principio del rectificador de 12 pulsos:
12 pulsos se refiere al rectificador original de 6 pulsos sobre la base del extremo de entrada, aumenta el transformador de cambio de fase después de agregar un grupo de rectificadores de 6 pulsos, de modo que la corriente del bus de CC se completa con el rectificador de 12 tiristores, por lo que también se llama rectificador de 12 pulsos.
Como se muestra en la siguiente figura, los dos circuitos rectificadores trifásicos I y II constituyen un circuito rectificador de 12 fases a través de diferentes conexiones del transformador.

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Diagrama esquemático de un rectificador de 12 pulsos (compuesto por 2 de 6 pulsos en paralelo)






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(1-2)



La expansión de la serie de Fourier de la corriente del lado de la red del Puente 1 es















(1-3)



¿El voltaje de la línea lateral de la red del Puente II es 30 más alto que el del Puente I, porque la corriente de la línea lateral de la red es 30?















(1-4)



La corriente lateral resultante de la red







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Visible, dos puentes de rectificación producen 5, 7, 17, 19,... Los subarmónicos se cancelan entre sí, y solo se inyectan 12k en la red. 1 (k es un entero positivo) armónico, es decir, 11, 13, 23, 25 y otros armónicos, y su valor efectivo es inversamente proporcional al número armónico, y la relación del valor efectivo de la onda fundamental es el recíproco del número armónico.
FIG. 1.2 Forma de onda de voltaje y corriente de entrada de la fase A de un UPS de 12 pulsos simulada por computadora






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2. Análisis de los datos medidos.
El cálculo anterior representa el estado ideal, ignorando diversos factores, como el proceso de conmutación, la pulsación de corriente del lado de CC, el ángulo de retardo de disparo, la reactancia del lado de CA, etc. Por lo tanto, existen algunas diferencias entre el valor medido y el calculado. Tabla de cálculo de armónicos teóricos:


Número armónico 5º 7º 11º 13º 17º siglo XIX 23º 6 Contenido armónico de pulso20% 14% 9% 8% 6% 5% 4% Contenido armónico de 12 pulsos0% 0% 9% 8% 0% 0% 4%
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Un modelo de tabla de datos de medición de armónicos de UPS de alta potencia:


Frecuencia armónica 5º 7º 11º 13º 17º siglo XIX 23º 6 Contenido armónico de pulso32% 3% 8% 3% 4% 2% 2% Contenido armónico de 12 pulsos1% 1% 9% 4% 1% 1% 2% #unit-wB2CrjHeaRYrEBE [ce-data-type="text"]{color:rgba(102, 102, 102, 1);}

De las dos tablas anteriores, se puede observar que el contenido armónico del rectificador de 6 pulsos alcanza hasta 5 armónicos, mientras que la intensidad del rectificador de 12 pulsos alcanza hasta 11 armónicos, lo cual concuerda con los resultados del cálculo teórico. El valor medido del 5.º armónico del rectificador de 6 pulsos es mayor que el valor calculado, y el valor medido del 11.º armónico del rectificador de 12 pulsos es igual al valor calculado.


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En tercer lugar, análisis armónico y contramedidas de mejora

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Los armónicos pueden provocar calentamiento del cable de distribución y del transformador, reducir la calidad de la comunicación, mal funcionamiento del interruptor de aire, sobretensión del generador y otras consecuencias adversas; los armónicos se dividen en secuencia + (3k + 1 veces, k es 0 y un entero positivo), secuencia - (3k + 2 veces, k es 0 y un entero positivo), secuencia 0 (3k veces, k es un entero positivo).

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La corriente de secuencia + empeora la pérdida, la corriente de secuencia - hace que el motor se invierta y se caliente, y la corriente de secuencia 0 hace que la corriente de la línea central aumente de manera anormal.


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El valor medido muestra que el rectificador de 6 pulsos tiene un máximo de 5 armónicos y se pueden instalar 5 filtros para suprimirlos. El rectificador de 12 pulsos tiene el máximo de 11 armónicos y se pueden añadir 11 filtros para suprimirlos. El diagrama del principio del filtro es el siguiente:


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Figura: Esquema de un filtro LC común



Nuestros diseñadores e ingenieros internos han producido innumerables diseños excelentes para clientes de diferentes industrias.






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La tabla de comparación armónica de un determinado tipo de UPS de alta potencia después de instalar el filtro es la siguiente:


Frecuencia armónica 3º 5º 7º 11º 13º 17º siglo XIX Total Requisitos del indicador IEC6000-3-421.6%10.7%7.2%3.1%2%1.2%1.1%25% 6 Contenido armónico de pulso32%3%8%3%4%2% > 30% Rectificador de 6 pulsos + filtro de 5 pasos2%1%7%2%3%2%9% Contenido armónico de 12 pulsos1%1%9%4%1%1%10% Rectificador de 12 pulsos + filtro de 11 pasos1%1%3%2%1%1%4.5% #unit-6gYhJ8bQGUvOfx6 [ce-data-type="text"]{color:rgba(102, 102, 102, 1);}

Como se puede ver en la tabla anterior, la adición de filtros tiene un efecto muy obvio en la supresión de armónicos.


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En particular, debe señalarse que: La configuración del filtro de 6 pulsos + 5 armónicos puede alcanzar los requisitos de armónicos de aproximadamente el 9%, pero debido a que la capacitancia del filtro de 5 armónicos (250Hz) es mayor, cuando la carga del SAI es ligera (<15% de la carga nominal), la corriente de entrada del rectificador estará por delante de la tensión de entrada, si el devanado de excitación del generador se autoexcita, es fácil producir un efecto de retroalimentación positiva de la armadura, la tensión de salida del generador aumentará anormalmente, lo que provocará que el generador entre en estado de protección y se detenga. Por lo tanto, no se recomienda el esquema de filtro de 6 pulsos + 5 armónicos para su uso cuando la carga del SAI es ligera. Cuando la carga real es ligera, el filtro de 5º armónico se puede retirar del rectificador.

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El rectificador único de 12 pulsos también puede alcanzar aproximadamente el 10% del índice armónico actual, pero no hay un circuito LC de condensador grande, para evitar el efecto de retroalimentación positiva con la excitación del generador.
Se puede lograr un índice de armónicos de corriente inferior al 4,5 % utilizando un rectificador de 12 pulsos + un dispositivo de 11 armónicos. El contenido de armónicos individuales y totales cumple con los requisitos de índice de la norma IEC61000-3-4.

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Anexo 1: Datos de contenido armónico de corriente de entrada en diferentes condiciones de carga

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Introduzca el contenido armónico total Sin carga 25% de carga 50% de carga >75% de carga 6 pulsos86%65%50% > 30% Filtro de 6 pulsos + 5 pasos > 50%30%15-20%10-12% 12 pulsos20%15%12%9.5% Filtro de 12 pulsos + 11 pasos12 ~ 15%8 ~12%5 ~ 8%4.5% #unit-Yo8RM4MSSvJFoNo [ce-data-type="text"]{color:rgba(102, 102, 102, 1);}#unit-Yo8RM4MSSvJFoNo{padding-bottom:1vw;}

Anexo 2: Tabla del contenido armónico total de la corriente de entrada de un SAI de 400 KVA de 12 pulsos + filtro de 11 pasos de un determinado modelo


Porcentaje de carga
Componente armónico de la batería THDI%
Valor absoluto de la corriente armónica total
100%4.5%33A75%5%28A50%8%29A40%10%29A30%12%27A

Es el valor absoluto de la corriente armónica lo que afecta a la red, no su porcentaje. Como se puede observar en la tabla anterior, el valor absoluto de la corriente armónica es máximo a plena carga; en media carga y carga ligera, el valor absoluto de la corriente armónica no supera el 100 % del valor absoluto de la corriente armónica a plena carga. El filtro de armónicos de 12 pulsos + 11 pulsos minimiza el efecto sobre los armónicos totales de la corriente de entrada y evita la "compensación de errores" del filtro activo, lo que reduce la eficiencia del sistema. Este filtro genera la menor contaminación de la red eléctrica, lo que lo hace ideal para aplicaciones con altos requisitos de fiabilidad.


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En cuarto lugar, comparación de rendimiento:

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Proyecto Rectificador de 6 pulsos + filtro de 5 pasos Rectificador de 12 pulsos + filtro de 11 grados Ventajas técnicas del rectificador de 12 pulsos + filtro de 11 pasos 1. El contenido armónico de la corriente de entrada irradiada a la red eléctrica.く10%く4.5% La introducción de la carga del filtro rectificador en la red eléctrica principal provoca su contaminación, lo que genera un flujo de corriente armónica de alto orden a través de todo el sistema de suministro de energía. Esto provoca una sobrecorriente en la línea central y un calentamiento anormal de la carga del motor. Para solucionar estos problemas, se recomienda configurar un rectificador de 12 pulsos y un filtro de 11 armónicos para garantizar que la calidad del suministro de energía de la red del usuario cumpla con el estándar de "suministro de energía verde". 2. Consumo de energía Más grande Menor La corriente de entrada radiada a la red eléctrica tiene un pequeño contenido armónico.
Los armónicos de alto orden provocarán pérdida de calor en el transformador de potencia de entrada y en el cable, lo que generará un desperdicio de energía. 3. Generador caído fácil No lo hará Se evita el efecto de retroalimentación positiva de los devanados de campo. 4. Causar un mal funcionamiento del interruptor fácil No es fácil 5. El front-end del UPS necesita capacidad de generador. Grande, de acuerdo con 1,6~2 veces la capacidad de la configuración del generador. Más pequeño, de 1,5 a 1,8 veces la capacidad de la configuración del generador El UPS rectificador de 6 pulsos necesita más de 1,8 veces la capacidad del motor de aceite
Los rectificadores de 12 pulsos requieren solo 1,5 veces la capacidad del motor de aceite 6. Interruptor de entrada del SAI, configuración de la capacidad del cable Agregar Sin aumento Debido a la gran corriente de pico de la entrada del rectificador de 6 pulsos, es necesario reducir la potencia de los transformadores, disyuntores, cables, etc., lo que genera mayores costos de inversión. 7. Tensión de ondulación de salida del rectificador Más grande 50% más bajo La ondulación de la salida de voltaje de CC del rectificador de 12 pulsos es el 50% de la del de 6 pulsos, lo que reduce en gran medida el efecto de ondulación de la batería durante la carga y puede extender efectivamente la vida útil de la batería. #unit-xirnGOzB4KuXeSV [ce-data-type="text"]{color:rgba(102, 102, 102, 1);}#unit-xirnGOzB4KuXeSV{padding-bottom:1vw;}

Como se puede ver en la tabla anterior, los rectificadores de 12 pulsos son superiores a los rectificadores de 6 pulsos en varios indicadores de rendimiento. La tecnología de rectificador de 12 pulsos nació desde la década de 1970, después de una mejora y mejora continuas, se ha convertido gradualmente en la tecnología preferida de rectificador de alta potencia.

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Finalmente, como se mencionó anteriormente, si la inversión es suficiente, se recomienda optar por una configuración de rectificador de 12 pulsos y filtro de 11 tiempos. Esta configuración cumple con los requisitos de componente armónico de corriente de entrada Clase I (YD/T1095-2000) de la norma industrial de suministro de energía del Ministerio de Industria de la Información y los requisitos del índice IEC61000-3-4 de la Comisión Electrotécnica Internacional.