AC-DC换流器

AC/DC换流器
在电力电子技术的许多应用领域中，通常需要将工频的正弦交流电能变换为直流电能，即AC/DC转换。

AC/DC换流器，又称为整流器，是通过半导体开关器件（如SCR、GTO、GTR、IGBT和功率MOSFET等）的开通和关断作用，把交流电能变换成直流电能的一种电力电子变换器。

一、AC/DC换流器的分类
根据AC/DC换流器所用开关器件的不同，可以分为以下两类：
1.不可控整流器：此类整流器所用的电力电子开关器件为二极管，利用二
极管的单向导电性，使DC端的电流方向一定，从而实现AC到DC的
转换。

此类整流器工作原理简单，使用和维护方便，并且易于制成大电
容设备，目前广泛应用于开关直流电源、交流电机变频调速装置，直流
伺服驱动等。

但是，二极管不可控整流器由于直流输出的电压极性不可
改变，因而电能只能从交流一侧传送到直流一侧的系统中。

2.可控整流器：此类整流器所用的电力电子开关器件可以通过触发信号控
制其开通或关断。

可控的电力电子开关器件又分为半控型器件和全控型
器件，如晶闸管属于半控型器件，触发信号只能控制器件的开通，不能
控制器件的关断；IGBT，GTO，IGCT等属于全控型器件，触发信号不
仅控制器件的开通，也能控制器件的关断。

二、AC/DC换流器的应用
1.高压直流输电：相比于交流输电，直流输电有许多优点，适合远距离，
大功率输电。

进行直流输电的首要任务是将工频的交流电能转换为直流
电能，即AC/DC转换，然后经过直流线路输送到另一端，再经过DC/AC
转换，变为工频交流电能。

由于我们要通过换流器对电能的传输进行控
制，在直流输电中所用的是可控的AC/DC换流器。

2.作为直流电源。

在需要直流电源的场合，通过AC/DC换流器将交流电能
变换为直流电能作为直流电源。

比如作为直流电机的电源，作为电池的
充电电源，直流电器设备的驱动电源等。

3.非工频交流电源。

为了产生不同于工频的交流电源，首先要将工频交流电能转换为直流电
能，即AC/DC转换，再通过DC/AC转换产生不同频率的交流电能。

所
以AC/DC换流器应用在第一步，将交流电源电能为直流电能，由于不需
要对直流电能进行精确控制，通常采用的是不可控整流器或半可控整流
器。

应用非工频交流电源的场合主要有：
（1）变频调速。

由于感应电机的转速和输入电源的频率成比例，通过改变交流电源的频率就可以改变感应电机的频率。

（2）感应加热。

通过交流电源高频变化，在金属内部产生涡流，产生热量加热金属。

（3）电镀。

三、AC/DC换流器在高压直流输电中的应用
目前主要有两种类型的直流输电，传统直流输电和柔性直流输电。

两者的最根本区别在于换流站的差异，包括换流器中所使用的器件以及换流阀的控制技术等。

在换流器使用的器件上，传统直流输电采用的是晶闸管，由于晶闸管是半可控器件，这使得只能控制换流阀的开通，而不能控制其关断，其关断只能借助于交流母线的过零。

因此，传统交流输电存在以下缺点：不能接入无源系统；对交流系统的强度较为敏感；无功损耗大；谐波含量高。

这些缺点是晶闸管自身内在缺陷所致，难以克服。

但是由于晶闸管能承受的电压和电流容量仍是目前电力电子器件中最高的，而且技术比较成熟，因此在高压直流输电领域仍占据主导地位。

而柔性直流输电一般采用全控型的IGBT阀，由于IGBT是一种可以自关断的器件，这使得由IGBT构成的换流器具有四象限运行的能力。

因为采用全控型的开关器件，柔性直流输电具有很多优点：可以为短路比低的交流系统输送电能，甚至可以为无源网络输送电能；正常运行时换流站可以同时且相互独立地控制有功功率和无功功率；提高交流电网的功角稳定性等，具有良好的发展前景。

同时，柔性直流输电也存在一些不足：系统损耗大；不能控制直流侧故障时的故障电流等。

参考文献
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[3] 石新春，王毅．电力电子技术[M]．中国电力出版社，2003．。