电力电子 - 脉冲变换器

相控整流器

相控整流器将交流电转换为直流电（线控换相）。换句话说，它用于将固定频率和固定电压的交流电转换为可变直流电压输出。其表达方式为

输入到整流器的交流输入电压通常为固定有效值（均方根值）和固定频率。整流器中包含相控晶闸管确保获得可变的直流输出电压。这是通过改变触发晶闸管的相位角来实现的。因此，得到负载电流的脉动波形。

在输入电源半周期内，晶闸管处于正向偏置状态，并通过施加足够的栅极脉冲（触发）而导通。一旦晶闸管导通，即在 ωt=α 点到 ωt=β 点，电流开始流动。当负载电流降至零时，由于线（自然）换相，晶闸管关断。

许多功率变换器都利用自然换相。这些包括 -

以上功率变换器将在本教程的后续章节中进行解释。

2 相脉冲变换器，也称为 2 级脉宽调制 (PWM) 生成器，用于为基于载波的脉宽调制变换器生成脉冲。它通过利用 2 级拓扑来实现这一点。此模块控制开关器件以进行控制，例如 IGBT 和 FET，它们存在于三种类型的变换器中，即 -

在 2 脉冲变换器中，参考输入信号与载波进行比较。如果参考输入信号大于载波，则对于上器件脉冲等于 1，对于下器件脉冲等于 0。

为了控制具有单相全桥（2 臂）的器件，需要应用单极性或双极性脉宽调制。在单极性调制中，两个臂中的每一个都独立控制。通过将初始参考点偏移 180°，在内部生成第二个参考输入信号。

当应用双极性 PWM 时，第二个单相全桥中下开关器件的状态类似于第一个单相全桥器件中的上开关。使用单极性调制可以得到平滑的交流波形，而双极性调制会导致电压变化较小。

考虑一个三相 3 脉冲变换器，其中每个晶闸管在电源周期的三分之一时间内处于导通模式。晶闸管最早被触发导通的时间相对于相电压为 30°。

其工作原理使用三个晶闸管和三个二极管进行解释。当晶闸管 T1、T2 和 T3 被二极管 D1、D2 和 D3 替换时，导通将在相对于相电压 u_an、u_bn 和 u_cn 分别为 30° 的角度开始。因此，触发角 α 最初在相对于其对应的相电压的 30° 处测量。

电流只能通过晶闸管单向流动，这类似于功率从直流侧流向交流侧的功能反相模式。此外，晶闸管中的电压通过控制触发角来控制。当 α = 0（在整流器中可能）时，实现这一点。因此，3 脉冲变换器充当逆变器和整流器。

下图显示了一个连接到三相电源的六脉冲桥式可控整流器。在此变换器中，脉冲数是相数的两倍，即p = 2m。使用相同的变换器配置，可以组合两个六脉冲桥以获得 12 个或更多脉冲变换器。

当换相不可用时，任何特定时间都会有两个二极管导通。此外，为了在负载上获得电压降，必须将两个二极管置于桥的相对支路。例如，二极管 3 和 6 不能同时导通。因此，跨直流负载的电压降是来自三相电源的线电压 VL 的组合。

需要注意的是，脉冲数越多，变换器的利用率越高。此外，脉冲数越少，变换器的利用率越低。

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