11自動化（2）班朱宇翔 201110320205
交直流電能變換技術包括交流變直流（整流）技術和直流變交流（逆變）技術，二者在性質上互為相反，控制技術以及所用到的半導體器件也有所區別。
隨著電力半導體（尤其是igbt和igct）的迅速發展，大功率傳動裝置在石油化工、礦山開採、軋鋼和冶金、運輸等工業領域得到了越來越廣泛的應用，從而交直流電能變換技術在工業現代化程序中起著越來越關鍵的技術，但廣泛應用的同時給電網帶來了汙染，給企業效益帶來了巨大損失，尤其是在建立「兩型」社會的大背景下，交直流電能變化技術的大提高可以提高電能質量，提高產品的質量和單位數量還可以節約電能。
在工業生產中，考慮到整流裝置所產生的諧波、無功功率等對電網的干擾，常用到多重化整流系統，重化整流電路是指將兩個或多個相同結構的整流電路進行整合而得，將種整流電路進行移相多重聯結可以減少交流側輸入電流諧波，而對串聯多重整流電路採用順序控制的方法可提高功率因數。例如12脈波整流電路（如下圖），與6脈波整流電路相比，其變壓器移相，同時減了變壓器一次側5次和7次諧波，使輸入電流諧波大幅減小，從而一定程度上提高了功率因數。
1.電阻性負載
圖表示了乙個帶電阻性負載的單相半波可控整流電路及電路波形。圖中t為整流變壓器，用來變換電壓。引入整流變壓器後將能使整流電路輸入、輸出電壓間獲得合理的匹配，以提高整流電路的力能指標，尤其是整流電路的功率因數。
在生產實際中屬於電阻性的負載有如電解、電鍍、電焊、電阻加熱爐等。電阻性負載情況下的最大特點是負載上的電壓、電流同相位，波形相同。
閘流體從開始承受正向陽極電壓起至開始導通時刻為止的電角度度稱為控制角，以表示；閘流體導通時間按交流電源角頻率折算出的電角度稱為導通角，以表示。改變控制角的大小，即改變門極觸發脈衝出現的時刻，也即改變門極電壓相對正向陽極電壓出現時刻的相位，稱為移相。
整流電路輸出直流電壓ud為
可以看出，ud是控制角的函式。當＝0時，閘流體全導通，ud＝ud0＝0.45u2，直流平均電壓最大。
當＝時，閘流體全關斷，ud＝0，直流平均電壓最小。輸出直流電壓總的變化規律是由小變大時，ud由大變小。可以看出，單相半波可控整流電路的最大移相範圍為180。
由於可控整流是通過觸發脈衝的移相控制來實現的，故亦稱相控整流。
2.電感性負載
當負載的感抗ld與電阻rd相比不可忽略時，這種負載稱電感性負載。屬於電感性負載的常有各類電機的激磁繞組、串接平波電抗器的負載等等。電感性負載時電路原理圖及波形如圖3-2所示。
在分析電感性負載的可控整流電路工作過程中，必須充分注意電感對電流變化的阻礙作用。這種阻礙作用表現在電流變化時電感自感電勢的產生及其對閘流體導通的作用。
大電感負載下造成輸出直流平均電壓下降的原因是ud波形中出現了負面積的區域。如果設法將負面積的區域消除掉而只剩正面積的區域，就可提高輸出直流電壓的平均值。為此，可在整流電路負載的兩端按圖3-3a)所示極性並接一功率二極體vdf。
在直流電壓ud為正的區域內，vdf承受反向陽極電壓而阻斷，電路工作情況和不接vdf一樣，負載電流id由閘流體提供。電源電壓過零變負後將引起id減小的趨勢，引起電感ld上感應出上（－）下（＋）極性的自感電勢el，這個極性的el正好使二極體vdf承受正向陽極電壓而導通，使負載電流id將不經閘流體而由二極體vdf繼續流通，所以二極體vdf常稱為續流二極體。由於vdf導通後其管壓降近似為零，使負極性電源電壓通過vdf全部施加在閘流體vt上，閘流體將因承受反向陽極電壓而關斷。
這樣，在電源電壓負的半波內，負載上得不到電源的負電壓，而只有二極體vdf的管壓降，接近為零。可見加接了續流二極體的輸出直流電壓波形和電阻性負載時完全相同，如圖3-3b)所示，輸出直流電壓平均值也就相應提高到了電阻性負載時的大小。
加接續流二極體後，輸出電壓波形和電阻性負載時相同，因而直流平均電壓ud的大小也相同。由於負載電感很大，id連續而且大小基本維持不變，近似為一條水平線，恒為id，則流過閘流體的電流平均值和有效值分別為
續流二極體上的電流平均值和有效值分別為
閘流體及續流二極體承受的最大正、反向峰值電壓均為交流電壓的最大值。最大移相範圍為180。
在直流變換交流系統中，有電壓型逆變器（vsi）和電流型逆變器(csi)。電壓型逆變器是將恆定的直流電壓轉換為幅值和頻率可變的三相交流電壓，圖4是兩電平的電壓型逆變器，該逆變器主要由六組功率開關器件t1-t6組成，每個開關反併聯了乙個續流二極體。根據逆變器工作的直流電壓不同，每組功率器件可由兩個或多個igbt或cgt等串聯組成。
逆變器的訊號調製一般利用pwm調製的控制方式，這樣在一定程度上可以有效消除逆變器輸出電壓的諧波分量。對於高效能的交流伺服系統，需要有很快的動態響應，此時應採用電流跟蹤型pwm技術（圖5），即對電流實行閉環控制，以保證其波形的正弦性。
雖然經典的spwm控制主要是著眼於使變壓器的輸出電壓盡量接近正弦波，但並未考慮輸出電流波形。而電流滯環跟蹤控制及技術則直接控制輸出電流，與以上兩種控制技術相比，電壓空間向量pwm（svpwm）控制技術，能把逆變器和交流電機視為一體，按照跟蹤圓形旋轉磁場來控制逆變器工作，其效果更優越。而svpwm技術的實現可分為三個步驟：
1、計算參考電壓所在扇區；2、計算各扇區內電壓向量的作用時間；3、計算器件的切換時間。
對於整流和逆變技術在高壓直流輸電技術，變頻器，有源濾波等系統中都得到了良好的應用。在實踐中，交直流變換技術給工業生產技術帶來了一次革命，使生產力大大的提高，促進了工業現代化的發展，任何事物的產生總會有兩面性，帶來科技進步的同時也給電網系統帶來了諧波汙染，給變壓器和交流電機的執行帶來很多損害。
3．反電勢負載
在工業生產中，常常遇到充電的蓄電池和正在執行中的直流電動機之類的負載。它們本身具有一定的直流電勢，對於可控整流電路來說是一種反電勢性質負載。在分析帶反電勢負載可控整流電路時，必須充分注意閘流體導通的條件，那就是只有當直流電壓ud瞬時值大於負載電勢ｅ時，整流橋中閘流體才承受正向陽壓而可能被觸發導通，電路才有直流電流id輸出。
當電路負載為蓄電池、直流電機電樞繞組(忽略電感)時，可認為是電阻反電勢負載，如圖3-6a)所示的即為整流電路給蓄電池負載供電。
由於電勢e逆閘流體單向導電方向施加在迴路中，使得只有當變壓器次級電壓u2大於反電勢e時閘流體才有可能被觸發導通，也才有直流電流id輸出。設變壓器次級電壓為
，則u2自零上公升至u2＝e的電角度可以求得為
稱之為停止導電角，它表徵了在給定的反電勢e、交流電壓有效值u2下，閘流體元件可能導通的最早時刻(圖3-6b)。
當控制角＞時，u2＞e，閘流體上承受正向陽極電壓，能觸發導通，導通後元件一直工作到u2＝e的t＝－處為止。可以看出，閘流體導通的時間比電阻性負載時縮短了。反電勢e越大，導通角越小，負載電流處於不連續狀態。
這樣一來在輸出同樣平均電流id條件下，所要求的電流峰值變大，因而有效值電流要比平均值電流大得多。
當＜時，雖觸發脈衝在t＝時刻施加到閘流體門極上，但此時u2＜e，管子還承受反向陽極電壓而不能導通。一直要待到t＝時，u2＝e後，元件才開始承受正向陽極電壓，具備導通條件。為此要求觸發脈衝具有足夠的寬度，保證在t＝時脈衝尚未消失，才能保證閘流體可靠地導通。
脈衝最小寬度必須大於（－）。
直流電動機串聯平波電抗器後的原理性接線圖如圖3-7a)所示，此時屬於電感反電勢負載情況。其中ld為包括平波電抗器及電機電樞線圈在內的線路總電感。
小結有源逆變電路及其相關知識。交流—直流（ac-dc）變換電路是電力電子電路中應用最為廣泛的一種電路，也是電力電子電路的基礎。在這裡我是簡單的介紹了一些。
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