12脉冲与IGBT高频整流器

　　一、概述12脉冲整流器的由来

　　对于直流来说不存在什么功率因数问题，因为直流的电流和电压永远是同相的。而对于交流而言就出现了这个问题，功率因数是由于电压电流不同相造成的，如图1所示，电流和电压有一个相位差q，图中的黑粗线表示电流和电压同相位时产生的有功功率，而其他部分则是无功功率，功率因数就是表征有功功率和无功功率含量情况的，它是相位差的函数，如式(1)所示。

　　Pf =cos (1)

　　无功功率的出现不是一件好事，因为作为负载来说，它不能将由电网送来的能量全部吸收，只吸收有功功率部分，而无功功率部分则在电网线路中串来串去，白白占据着电网的有效线路而不做功。以后由于非线性负载的出现，如整流脉冲负载，虽然电流不是和电压不同相的的正弦波，但由于对正弦电压波形的破坏也同样出现了无功功率，而且这种整流式脉冲负载已是当前影响功率因数的主要来源。为了节能、有效利用能源和降低干扰，国家对企业的输入功率因数限值做出了规定，如何提高用电设备的输入功率因数已成当务之急。

图1 电流电压不同相时的相对位置关系

　　二、12脉冲整流器的提出和解决方法

　　早期的IT设备供电电源多为单相220V，如果用电设备是电阻负载，其上面的电流和电压波形是连续的，如图2中的左边波形。但一般IT设备又有内部自备电源，这些电源的输入都是一个整流滤波器，使得电流呈脉冲状，使得对应脉冲电流的电压波形部分出现了失真，如图2的中间波形就是单相整流时的破坏情况，这时的输入功率因数只有0.6-0.7。但如果能够将中间图形中的一个大电流脉冲变成布满整个半周的小电流脉冲，也就相当于与电压同相的连续电流了，此时的电压波形就几乎没有失真了，如图中的右图所示，此时的输入功率因数九可以接近于1。

图2 几种负载情况对电压正弦波形的影响情况

　　一般单相小功率UPS即使对电网有破坏，也不会造成大的损失，原因是功率不大。最严重的是三项大功率UPS，比如100-400kVA，目前一般标配都是所谓6脉冲结构输入整流器，如图3(a)所示。图(b)是这种电路破坏输入电压波形的一种情况。尽管如此，但它比单相时好多了输入功率因数可达0.8，原因是它将单相时的每半周一个脉冲增到3个，如图

　　3(e)的“6脉冲整流电流输入波形”所示。但此时如果前面配置发电机还是需要3比1的容量，即发电机的容量至少要3倍于UPS。而且谐波电流也达到30%，对外干扰严重，所以很多用户提出了输入功率因数大于0.9的要求。为了这个目的不得不再增加半周内整流脉冲的数量，最简单的方法是将6脉冲增加到12脉冲，这就需要再增加和原UP