ACUPS整流电路有哪些常见形式？

ACUPS整流电路按控制方式分为不可控整流、可控整流和高频整流三大类；按输入相数分为单相和三相。不可控整流用二极管，输出电压不可调；可控整流用晶闸管，通过调节导通角控制电压；高频整流用IGBT，可实现功率因数校正，是现代高频ACUPS的主流。

一、整流电路的分类

按器件分：不可控（全二极管）、半控（二极管+晶闸管）、全控（全晶闸管或IGBT）。按电源相数分：单相、三相。按控制方式分：相控整流、PWM整流。相控整流结构简单、控制方便，是目前获得直流电能的主要方法。

二、单相不可控整流电路

1. 单相半波不可控整流

只用一只二极管，交流正半周导通，负半周截止，输出只有半个波形。电路简单但脉动大，变压器利用率低，用于小功率。

单相半波不可控整流电路

2. 单相全波不可控整流

两只二极管配合中心抽头变压器，正负半周分别导通，输出连续。脉动比半波小一半，无滤波时Uo=0.9U1。但变压器需中心抽头，二极管反向电压高。

单相全波整流电路

3. 单相桥式不可控整流

四只二极管组成桥式，正负半周各有一对导通，负载电流方向不变。变压器无需中心抽头，利用率高，每个二极管承受反向电压为电源峰值。这是最常见的单相整流形式。

单相桥式不可控整流电路

三、三相不可控整流电路

功率超过1kW时，单相会造成电网不平衡，需用三相整流。

1. 三相半波不可控整流

三个二极管共阴极接法，每120°换相一次，输出每个周期有三个脉波。但交流电源中含有较大的直流分量和二次谐波，对电网有害，实际应用很少，多限于理论讨论。

三相半波不可控整流电路

2. 三相桥式不可控整流

六只二极管组成桥式，输出为线电压。哪个线电压瞬时值最高，对应的一对二极管导通。输出波形由六个电压波段组成，纹波小，输出电压平均值是三相半波的两倍。这是三相不可控整流的实用形式。

三相桥式不可控整流电路

四、单相可控整流电路

主要用晶闸管，通过调节控制角α和导通角θ改变输出电压。α越大，θ越小，输出电压越低。晶闸管导通条件：阳极正向电压≥6V，门极触发脉冲（3~5V，4~10μs），电流大于维持电流（<20mA）。

1. 单相半波可控整流

只用一只晶闸管，输出电压大小可调，是可控整流的基本单元。

单相半波可控整流电路

2. 单相桥式全控整流

四只晶闸管组成桥式，每180°触发一对。输出电流脉动小，功率因数高，变压器无直流磁化，利用率高。

单相全波可控整流电路

3. 单相桥式半控整流

将全控桥中每个回路的一只晶闸管换成二极管，结构更简单，成本更低。

单相桥式半控整流电路

五、三相可控整流电路

大功率ACUPS主要采用三相可控整流。

1. 三相半波可控整流

三个晶闸管共阴极或共阳极接法。共阴极接法触发电路有公共端，方便；共阳极接法可使螺栓型晶闸管共用散热器，但三个触发电路必须彼此绝缘。元器件少、控制容易，但变压器利用率低，每相只有1/3周期流过电流，且存在直流磁化，一般用于小容量设备。

三相半波可控整流电路

2. 三相桥式全控整流（6脉冲整流）

6个晶闸管组成桥式，6个脉冲分别控制。输出功率大，变压器无直流磁化。在12脉冲出现前，200kVA以下工频ACUPS标配6脉冲。缺点：输入功率因数不超过0.8，谐波电流达30%（以5次为主），前端发电机需3倍容量，投资高、污染大。

6脉冲整流电路

3. 12脉冲整流电路

在6脉冲基础上增加移相变压器和另一组6脉冲整流器，两组输入电压相位差30°，整流脉动宽度降为30°（6脉冲时为60°）。12脉冲可减轻对输入波形的破坏，功率因数提高到0.9，谐波较少，效率高。已成为大功率工频ACUPS的优选技术。

12脉冲整流电路

工频整流器的固有缺点

笨重损耗大：工作频率低，滤波电感电容庞大，内阻大。要提高功率因数只能增加脉冲数，成本和重量随之增加。

输入功率因数低：输入电流呈脉冲状，不是正弦波，导致功率因数降低。

六、IGBT高频整流电路

工频整流存在缺陷，高频整流应运而生。工作频率在20kHz以上，LC滤波器体积重量大大减小。

IGBT高频整流将工频正弦波进行高频切割，把半周内一个又窄又高的脉冲电流变成许多小脉冲均匀分布，使输入电流接近正弦波，与电压同相位，功率因数接近1。

高频整流器原理框图

升压式原理

典型结构为BOOST：IGBT高频开关K1、电感L、二极管VD、电容C。K1导通时电感储能；K1截止时电感产生反电动势，经VD给C充电，电流连续。通过控制K1，电路对电源呈线性负载，功率因数≈1，还能调节输出电压。

IGBT整形的优势：解决了晶闸管整流功率因数低、谐波大的问题，可在半个周期内产生上万个整流脉冲，谐波极低，功率因数可达0.99以上。随着IGBT耐压和电流提升，大功率ACUPS已全面转向IGBT整流，完成了高频化进程。目前耐压1700V以上、电流3600A的IGBT产品已推向市场。

总结

从单相半波二极管整流，到6脉冲、12脉冲晶闸管可控整流，再到IGBT高频整流，ACUPS整流电路经历了从不可控到可控、从低频到高频、从低功率因数到接近1的发展历程。

不可控整流：只适合小功率或无需调压的场合。

晶闸管相控整流（6脉冲、12脉冲）：曾为工频ACUPS主流，但功率因数低、谐波大、体积笨重。

IGBT高频整流：实现功率因数校正，体积小、效率高、谐波低，是现代高频ACUPS的标准配置。