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1、UPS整流滤波与电能质量王晶(北京交通大学电气工程学院北京100044)·摘要:主要就目前大功率UPS所采用的几种整流、滤波方式对输入电流的影响,以及各种相应抑制谐波的方法而进行研究和比较,文中分析了五种不同的整流、滤波方式,还从理论上分析了各种整流、滤波方式对谐波的抑制效果,利用电能质量分析仪对以上五种类型大功率UPS测试其输入电能质量,得到真实、原始的数据。通过对这些数据分析、比较,总结出各种不同整流、滤波方式对输入电网电能质量的影响。关键词:大功率UPS;整流;滤波;谐波抑制;电能质量TheRectifyingandFilterin
2、gofUPSandItsPowerQualityWangJing(SchoolofElectricalEngineeringofBeijingJiaotongUniversity,Beijing100044,China)Abstract:Inthispaper,theimpactsoffivedifferentrectifyingandfilteringwaysoninputcurrent,whichareoftenusedinthehigh-powerUPS,areanalyzed.Thetheoreticaldiscussionsar
3、emadetounderstandtheirsuppressioneffectsonharmonicwaves.Furthermore,thepowerqualityanalyzerisusedtocomparepowerqualityofthesefivemethods.Basedontheexperimentaldata,theeffectsonthepowerqualityofthefivemethodsaresummarizedtohelpthedesignwork.Keywords:high-powerUPS;rectify;f
4、ilter;inhibitionofharmonics;powerguality0 引言 近年来，随着电子信息行业的迅速发展，相关的场地环境需求也紧随计算机等设备的需求而提高，尤其在电力方面，已经由过去简单地提供电源发展到提供高质量的绿色电源上，特别是在诸如国家气象信息中心这样的高密度计算机房中，电能质量已经成为一个不容忽视的问题，电源的质量直接影响到计算机的存储和运行。当前，电能质量主要存在以下一系列问题：谐波畸变、断电、过(欠)电压、电压暂降、瞬变、浪涌等，引发这些问题的原因一方面来自基础设施共享，如电网中的一个故障影响到该电网中的
5、其它用户，另一方面，来自用电设备自身。当前，由于设备普遍采用开关电源器件，导致负载电流波形严重畸变，呈现非正弦波形，加之供电线路存在一定的阻抗，电流波形使电压波形发生畸变，该电压波形会严重污染上一级电网。鉴于以上这些情况，电能质量问题已成为电源工作者面临的一个难题。图11 UPS产生的谐波1.1 谐波概念及危害 在理想的电力系统下，电压和电流波形都是光滑的正弦波，而实际上，当用电设备为非线性负载时，例如：开关型电源、电子镇流器、变速传动装置、UPS等，电流波形就会呈现非正弦波。具有基波电源频率整数倍频率的电压或电流称为谐波。通过对波形
6、进行傅立叶级数展开可知：任何周期性的波形都可以分解成一个基波频率的正弦波和多个谐波频率的正弦波，对于对称波形，所有偶次谐波为零，图1所示为一个非线性负载的等效电路，它可以表示为一个线性负载由许多并联电流源供电，一个电流源表示一种谐波频率。由谐波引起的危害可分为谐波电流引起的危害和谐波电压引起的危害。谐波电流引起的危害包括3N次谐波电流在中线的叠加致使配电电缆必须降容使用、变压器的损耗增大、谐波使断路器误跳闸等;谐波电压引起的危害主要包括电压畸变影响电子设备的正常运行和过零噪扰等。图21.2 UPS产生谐波机理 与电力电子装置有关的原始波
7、形几乎都是非正弦的,波形都含有谐波分量,UPS是其中的一个代表,UPS的整流方式是产生谐波的一个重要原因,在理想情况下,认为交流电源是三相对称工频正弦波电压,忽略供电电源自身的谐波,同时也不考虑脉冲桥式整流电路换相重叠角的影响,忽略直流回路电流纹波的影响并假定电路的触发脉冲对称、导通角α相等,在上述理想条件下,当装置处于稳定工作状态时,通过开关函数法将被分析波形表示成一系列已知波形与开关函数的乘积和的形式,将其中的已知波形与开关函数都展开成级数的形式,再对乘积和进行整理化简,最后将被分析的波形表示成级数的形式,以便于讨论其中谐波的级次与含
8、量。1.3 UPS整流产生谐波的特点 UPS整流产生谐波可分为整流直流电压谐波和电源侧的电流谐波,对于多脉冲整流电路,可以得到如下结论:对于直流侧电压:(1)电路的总脉冲数越多,在直流端电压
