换流器工作原理
第二章 换流器的工作原理
逆变器的等值电路
§2.3 单桥逆变器的工作原理（续）
§2.3 单桥逆变器的工作原理（续）
§2.3 单桥逆变器的工作原理（续）
§2.3 单桥逆变器的工作原理（续）
逆变器的电流波形
§2.3 单桥逆变器的工作原理（续）
§2.4 多桥换流器简介
§2.4 多桥换流器简介
§2.5 换流器的常见故障
§2.2 单桥整流器的工作原理（续）
§2.2 单桥整流器的工作原理（续）
整流器的电流波形
§2.2 单桥整流器的工作原理（续）
整流器的基波功率因数角
§2.3 单桥逆变器的工作原理
换流器的电压波形
§2.3 单桥逆变器的工作原理（续）
逆变器
§2.3 单桥逆变器的工作原理（续）
逆变器的电压波形
§2.3 单桥逆变器的工作原理（续）
单桥整流器滞后换相过程（ α≠0°，γ=0° ）
单桥整流器换相过程（ α≠0°，γ≠0° ）
§2.2 单桥整流器的工作原理（续）
阀V5、V6导通时的导通电路
§2.2 单桥整流器的工作原理（续）
阀V5和V1换相时的导通电路
§2.2 单桥整流器的工作原理（续）
阀V5和V1换相完毕后的导通电路
§2.2 单桥整流器的工作原理（续）
ea
C1 C3
ebC5ec源自C1eaC30
C2
C4
C6
C2
eb
0° 90°
ec
180°
ea
270°
eb
360°
ec
三相电压波形图
2011/3/29 hfliang@ 3
§2.2 单桥整流器的工作原理（续）
单桥整流器自然换相过程（α=0°，γ=0° ）
换流器的工作原理
直流输电的基本原理1 换流器电路的理论分析 (1)1.1 忽略电源电感的电路分析(即L c=0) (2)1.2 包括电源电感的电路分析(即L c≠0) (10)1.2.1 换相过程 (10)1.2.2 电路的分析 (11)2 整流和逆变工作方式分析 (14)2.1 整流的工作方式 (15)2.2 逆变的工作方式 (15)3 总结 (20)1 换流器电路的理论分析高压直流换流器(包括整流和逆变)主要是由晶闸管阀组成的，其接线方式有很多种，如：单相全波、单相桥式、三相半波、三相全波等，但是我们现在常用的是三相全波，即6脉动换流器。
其原理结构如图1-1所示：图1-1 三相桥式全波直流换流器原理结构其中，U a、U b和U c表示A、B、C三相交流电压，它们之间相差120゜。
令U a=E m sin(wt+150)U b=E m sin(wt+30)U c=E m sin(wt-90)我们可以将换流阀这样定义：图1-2 6脉动换流阀电路图1.1 忽略电源电感的电路分析(即L c=0)从以上的电路图中，我们可以发现对于三相电压，每相电路中都存在电感L c，为了便于分析，我们先假设该电感不存在，即L c=0。
（一）无触发延迟（触发角a=0）无触发延迟，即只要阀上晶闸管正向电压建立，门级会立即接收到触发脉冲，导通整阀。
对于V1、V3和V5来讲，由于它们共阴极，因此三相中电压较高的那相的阀导通，其余两个阀关断。
而对于V4、V6和V2来说，由于它们共阳极，因此三相中电压较低的那相的阀导通，其余两个阀关断。
总之，就是比较三相电压的高低来确定哪两个阀导通。
下面我们结合下图进行分析：举个例子，C~C0时刻，A相电压最高，B相电压最低。
因此根据之前的分析，则共阴极的V1、V3和V5阀，则会由处于A相的V1阀导通，而共阳极的V4、V6和V2阀，则是由处于B相的V6阀导通，此后的依此类推，循环往复。
从上述的阀导通表格中可以看出，每个阀单个周期内导通的时间为120゜，V1~V6阀按顺序依次导通，间隔时间为60︒。
6脉动换流器工作原理
6脉动换流器工作原理脉动换流器是一种用于电力系统中的电气设备，其作用是将直流电转换为交流电或反之。
它在能源转换、电力传输和电子设备中起着非常重要的作用。
下面我们将详细介绍脉动换流器的工作原理。
脉动换流器工作的基本原理是利用半导体器件的导通和截止特性，控制电流的流向。
它由大量的二极管和晶闸管构成，使得电流能够根据需要在不同的方向上流动。
这样就实现了从直流到交流或从交流到直流的电流变换。
脉动换流器的工作可以分为三个步骤：整流、滤波和逆变。
首先是整流阶段，当输入的电流为交流电时，脉动换流器会将其转换为直流电。
在这一阶段，交流电经过二极管桥整流，将负半周的电流转换为正半周，得到了一个具有脉动的直流电源。
然后是滤波阶段，通过在输入电路中加入滤波元件如电容器和电感器，可以使脉动电压变平稳为直流电压。
这样做的目的是为了减少输出电流的脉动，提高电路的稳定性和可靠性。
最后是逆变阶段，将直流电转换为交流电。
在这一阶段，通过控制晶闸管的导通和截止来实现。
晶闸管是一种电流控制开关设备，可以根据输入信号的大小和频率来控制输出电流的波形和频率。
脉动换流器的优点是工作效率高、响应速度快、可靠性强，适用于各种电力系统和工业设备中。
它可以将高压直流输送到远距离的地方，供给人们生活和工业生产中所需的电能。
然而，脉动换流器在工作过程中也有一些注意事项。
首先是负载的合理匹配，要保证负载的电流和电压在脉动换流器的额定工作范围内。
其次是温度控制，要防止过热引发设备故障。
此外，定期维护和检修也是保证脉动换流器长期稳定工作的关键。
综上所述，脉动换流器是一种在电力系统中起着重要作用的设备。
它通过控制半导体器件的导通和截止，实现了直流电和交流电之间的转换。
在使用脉动换流器时，需要注意负载的匹配、温度控制以及定期维护和检修。
希望本文对大家理解脉动换流器的工作原理和使用有所帮助。
换流器的工作原理讲解
求积分后，得：
2E sin t
(2-6)
ir
2E
2 Lr
cos t
A
2E 2Xr
cos t
A
Is2 cos t A (2-7)
式中， Lr X r --从电源到桥之间的每相等值电抗；
2E 交流系统在换流器交流端两相短路 I s 2 2 Lr 时，短路电流强制分量的幅值；
A -- 积分常数。
2.整流器工作在滞后角 0 和换相角 0 的情况
直流电 压有缺
口
图2-11 整流器工作在 0, 0情况下的电压波形
同理，可取一周中的1/6波形来计算直流电压平均值，但积分的 上下限不同。
A 6
ea ea
ec
2E
2E sin t
sin t 120
(2-2)
ebc ebo eoc ec eb
2E
sin
t
120
可以从阀5和阀6导通，其余各阀阻断的状态 开始，并且假定整流器向直流线路输出的直 流电流为 I d ，这时，整流器实际导通的电路 为：
vd ebc
图2-3 阀5和阀6导通时的电路
在 t 时，电路从一组阀（阀5和阀6）导通改变成
另一组阀（阀5、阀6和阀1）导通的瞬间，电流不会突变，
即：i1 ir 0
所以式（2-7）中的积分常数：
A
2E cos
2Xr
Is2 cos
将式（2-8）代入式（2-7）中即得：
(2-8)
i1
ir
2E 2Xr
cos
cost
Is2
cos
cost
大，而阀5电流逐渐减小。
如果经过一定相角 μ 之后，电流 ir增大到 Id。即当t
换流站的工作原理简版
换流站的工作原理引言概述：换流站是电力系统中重要的设备，用于实现交流电与直流电之间的相互转换。
它在电力输送、电力调度和电力质量控制等方面发挥着重要作用。
本文将从五个大点来阐述换流站的工作原理，包括整流过程、逆变过程、控制系统、保护系统和互感器。
正文内容：1. 整流过程1.1 直流电压的产生：通过交流电源输入，经过变压器降压后，进入换流站的整流变流器。
1.2 整流变流器：整流变流器将交流电转换为直流电。
它由一组可控硅元件构成，通过控制可控硅的导通和关断，实现对输入交流电的整流。
2. 逆变过程2.1 逆变器：逆变器是换流站中的另一个重要部分，用于将直流电转换为交流电。
逆变器由一组可控开关构成，通过控制开关的导通和关断，实现对输入直流电的逆变。
2.2 逆变过程：逆变过程中，逆变器将直流电转换为交流电，并输出到电力系统中。
逆变器的输出电压和频率可以根据需求进行调节。
3. 控制系统3.1 控制器：换流站的控制系统起着重要的作用，用于监测和控制整个换流过程。
控制器可以根据电力系统的需求，实时调节整流变流器和逆变器的工作状态。
3.2 监测与保护：控制系统还负责监测换流站的运行状态，并在发生故障时采取相应的保护措施，以确保设备的安全运行。
4. 保护系统4.1 过电流保护：保护系统能够监测电流的大小，一旦发现电流超过设定值，就会及时切断电源，以避免设备过载。
4.2 过电压保护：保护系统还能够监测电压的大小，一旦发现电压超过设定值，就会采取措施降低电压，以保护设备的安全运行。
5. 互感器5.1 作用：互感器在换流站中起着重要的作用，用于实现电流和电压的测量和监测。
5.2 原理：互感器通过电流和电压的感应作用，将电力系统中的电流和电压转换为与之成比例的信号，以便控制系统进行监测和控制。
总结：通过本文的阐述，我们了解到换流站的工作原理主要包括整流过程、逆变过程、控制系统、保护系统和互感器等五个方面。
整流过程中，交流电通过整流变流器转换为直流电；逆变过程中，直流电通过逆变器转换为交流电；控制系统负责监测和控制整个换流过程；保护系统用于保护设备的安全运行；互感器用于电流和电压的测量和监测。
换流器的工作原理
直流输电的基本原理1 换流器电路的理论分析高压直流换流器(包括整流和逆变)主要是由晶闸管阀组成的，其接线方式有很多种，如：单相全波、单相桥式、三相半波、三相全波等，但是我们现在常用的是三相全波，即6脉动换流器。
其原理结构如图1-1所示：图1-1 三相桥式全波直流换流器原理结构其中，、和表示A、B、C三相交流电压，它们之间相差120゜。
令(150)(30)(90)我们可以将换流阀这样定义：图1-2 6脉动换流阀电路图1.1 忽略电源电感的电路分析(即0)从以上的电路图中，我们可以发现对于三相电压，每相电路中都存在电感，为了便于分析，我们先假设该电感不存在，即0。
（一）无触发延迟（触发角0）无触发延迟，即只要阀上晶闸管正向电压建立，门级会立即接收到触发脉冲，导通整阀。
对于V1、V3和V5来讲，由于它们共阴极，因此三相中电压较高的那相的阀导通，其余两个阀关断。
而对于V4、V6和V2来说，由于它们共阳极，因此三相中电压较低的那相的阀导通，其余两个阀关断。
总之，就是比较三相电压的高低来确定哪两个阀导通。
下面我们结合下图进行分析：举个例子，0时刻，A相电压最高，B相电压最低。
因此根据之前的分析，则共阴极的V1、V3和V5阀，则会由处于A相的V1阀导通，而共阳极的V4、V6和V2阀，则是由处于B相的V6阀导通，此后的依此类推，循环往复。
从上述的阀导通表格中可以看出，每个阀单个周期内导通的时间为120゜，V16阀按顺序依次导通，间隔时间为60︒。
（举例，如V1阀在-120゜~0︒导通，V2阀在-60゜~60︒时刻导通，其中每个阀导通时间为120゜。
V1阀导通起始时刻为-120︒，而V2阀导通的起始时刻为-60゜，两者刚好相差60︒）。
接下来再来分析下6脉动换流器输出的直流电压波形。
从图1-2中可以看出直流线路上的输出电压的电压与m点和n点的电势有很大关系，即不难发现，m点的电位其实就是共阴极阀V1、V3和V5阀，哪个阀导通，m 点电位就是与哪个阀所处的相电压，比如，V1阀导通，m点的电位就是A相此刻的电压。
换流器的工作原理
2.2 单桥整流器的工作原理
2.2.1 换相过程
交流系统三相等值电势
交流系统每相 等值电感
图2-2 单桥整流器的等值电路图
如果以系统等值电动势 eca 的矢量作为基准， 则电源相电动势的瞬时值为
ea eoa eb eob ec eoc 2 E sin t 30 3 2 E sin t 90 3 2 E sin t 150 3
此时，阀5、6、1都导通了，等值电路如图 2-5所示。
图2-5 阀5和阀1换相时的等值电路
在分析换流器各组阀导通状态转换过程时， 一个基本原则是：在导通或关断瞬间，通过 电感的电流是连续的，不会突变。
在等值电路中有：
di5 di1 Lr Lr ea ec (2-3) dt dt 由于ea ec ，所以 ir 的方向是从a点流向c点，因此： i1 ir i5 I d ir (2-4)
所以
A 3 2 U E cos cos 3 2
Ud 0 cos cos Vd 0 sin sin (2-21) 2 2 2
将式（2-11）代入上式可得换相压降：
图2-8 换相角 的大小和换流器工作过程中 同时导通的桥阀数的关系
2.2.2 整流器的直流电压和换相压降
1.整流器工作在滞后角 0 和换相角 0 的情况
六脉动
vd eba
图2-9 整流器工作在 0, 0 情况下的电压波形
整流器的直流电压 Vd在一周之中是由六段相同的正弦曲线 段组成的，求其平均值时，只要取其中的一段计算。 假定基准纵轴Y-Y位于 t 30处，则曲线 eba 的纵坐标可 用 2 E cos 表示。在 从 6 到 6 间隔内，这段 曲线下的面积为：
clcc 换流原理
clcc 换流原理CLCC换流原理是一种电力系统中常用的换流方式，它是通过控制器将交流电转换为直流电，然后再将直流电转换为所需的交流电的一种技术。
本文将详细介绍CLCC换流原理及其应用。
CLCC换流原理是指控制器通过开关管控制，将交流电源接入到CLCC （Capacitor-Loaded Commutated Converter）中，通过电容器将交流电转换为直流电。
然后，通过逆变器将直流电转换为所需的交流电。
这样，可以实现不同电压、频率或功率的电能转换。
CLCC换流原理有许多应用场景，其中最常见的是在高压直流输电系统中。
高压直流输电系统是一种将电能从发电厂输送到负载中的高效、稳定的电力传输方式。
而CLCC换流器作为高压直流输电系统的核心设备，起到了关键的作用。
CLCC换流原理的工作过程如下：首先，交流电源通过变压器升压到高压，然后进入到CLCC换流器中。
在CLCC换流器中，交流电通过一系列的开关管和电容器进行交替导通和截止，从而将交流电转换为直流电。
接下来，直流电经过滤波电容器进行滤波，去除掉直流电中的纹波成分。
最后，直流电通过逆变器将其转换为所需的交流电，供给负载使用。
CLCC换流原理具有许多优点。
首先，它可以实现高效率的能量转换，比传统的交流-直流-交流转换方式更加高效。
其次，CLCC换流器的控制精度高，能够实现精确的电压、频率和功率控制。
此外，CLCC 换流器还具有快速响应的特点，能够适应电网负荷的变化，并提供稳定的电能输出。
除了在高压直流输电系统中，CLCC换流原理还广泛应用于其他领域。
例如，它可以用于电力变换器、电机驱动器、电动汽车充电桩等设备中。
在这些应用中，CLCC换流器可以实现不同电压、频率和功率的电能转换，满足不同设备的需求。
总结一下，CLCC换流原理是一种常用的电力系统换流方式，通过将交流电转换为直流电，再将直流电转换为所需的交流电，实现电能的转换和传输。
它在高压直流输电系统以及其他电力设备中有广泛的应用。
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0 ≤ µ < 60
0
2011-11-12
6
chap.3 换流器工作原理
3.1.1 2-3工况 工况
自然换相点：电源相电压的交点,或线电压过零点。 电源相电压的交点 或线电压过零点。 或线电压过零点 触发（延迟） 滞后角 点燃角（ ） 滞后角/点燃角 触发（延迟）角/滞后角 点燃角（α）：用电角度表
3.1.1 2-3工况 工况
电压波形
ud
2-3工况(理想)波形
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9
chap.3 换流器工作原理
3.1.1 2-3工况 工况
整流电压平均值 表达式1--定 角外特性 角外特性方程 表达式 定α角外特性方程
U d = U d 0 cos α − d x I d
理想空载直流电压： 理想空载直流电压： 等值换相电阻 /比换相压降： 比换相压降： 比换相压降
< µ ≤ 120
0
chap.3 换流器工作原理
3.1.1 2-3工况 工况
2-3工况：在60º的重复周期中，2个阀和 个阀轮 工况 的重复周期中， 个阀和 个阀和3个阀轮 的重复周期中
流导通的运行方式。 流导通的运行方式。
成立的条件： 成立的条件： 0 < α ≤ 90 0 − µ 2 阀导通顺序
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29
chap.3 换流器工作原理
3.2.2 桥间相互影响
邻桥的换相使本桥 脉动整流器） （6脉动整流器）所 脉动整流器 有未导通阀的电压 产生畸变， 产生畸变，即出现 附加换相齿” “附加换相齿”。 可能影响12脉动整 可能影响 脉动整 脉动 流器接班阀的正常 流器接班阀的正常 开通。 开通。
其中,理想空载直流电压 其中,
U do =
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3 2
π
E ≈ 1 .3 5 E
26
电压波形， 6p整流器外特性曲线图
chap.3 换流器工作原理
3.2.1 4-5工况 工况
电流波形（ α=µ=0 ）
2011-11-12
27
chap.3 换流器工作原理
3.2.1 4-5工况 工况
电流计算公式（ α=µ=0 ）
2011-11-12
∑I (α,0)
h=1 2 h
6
π
I d ≈ 0.78 I d
电流波形，
14
chap.3 换流器工作原理
3.1.1 2-3工况 工况
功率因数 cosα + cos(α + µ ) µ µ cosϕ ≈ ≈ cos(α + ) cos 2 2 2
其中，功率因数角： 其中，功率因数角
高压直流输电
Chap.3 换流器工作原理
文 俊
华北电力大学 电气与电子工程学院 柔性电力技术研究所 hbdl_wenjun@
2011-11-12
chap.3 换流器工作原理
课程安排
第三章 换流器工作原理
3.1 单桥整流器工作原理 3.2 双桥整流器工作原理 3.3 单桥逆变器工作原理 3.4 双桥逆变器工作原理
ud
2011-11-12
17
chap.3 换流器工作原理
3.1.2 3工况 工况
3工况：在600的重复周期中，始终只有 个阀轮 工况 的重复周期中，始终只有3个阀轮
流导通的运行方式。 流导通的运行方式。
特点： 特点：
出现强制延迟现象，最大强迫触发角αb=30º 出现强制延迟现象，最大强迫触发角 强制延迟现象 换流阀持续导通180º 换流阀持续导通
Ud 0 =
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3 2
π
U1 ≈ 1.35U1
电压波形， 6p整流器外特性曲线图
dx =
3ω Lr
π
10
chap.3 换流器工作原理
3.1.1 2-3工况 工况
整流电压平均值 表达式2 表达式
cos α + cos(α + µ ) Ud = Ud 0 2
表达式3 表达式
U d = U d 0 cos(α + ) ⋅ cos 2 2
电流波形，
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13
chap.3 换流器工作原理
3.1.1 2-3工况 工况
换相角计算公式
µ = co s
−1
co s α −
2ω L r I d E
∞
−α
基波电流有效值
2 I (α ,0) = I d ≈ 0.816I d = 3 相电流有效值
I1 (α , 0) =
双极方式HVDC原理图
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3
chap.3 换流器工作原理
3.1 单桥整流器工作原理
单桥(6脉动 整流器原理图 单桥 脉动)整流器原理图 脉动
双极方式HVDC原理图
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4
chap.3 换流器工作原理
3.1 单桥整流器工作原理
6脉动整流器运行方式 脉动整流器运行方式
2-3工况（正常运行方式） 工况（正常运行方式） 工况 成立的条件： 成立的条件： 0 < α ≤ 90 −
交流系统两相短路电流幅值： 交流系统两相短路电流幅值：
Lr
M
Ld id
1 3
பைடு நூலகம்
ia ik
B A
5
+
I sc 2 =
E 2ω Lr
o
eb
Lc ib Lr
ud
C
换相实质： 换相实质：换相是交流系统短 时间的两相短路。换相是依靠交 时间的两相短路。
ec
ic 4 6
N
_ 2
流电源提供的短路电流进行的。 流电源提供的短路电流进行的。
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21
chap.3 换流器工作原理
3.2 双桥整流器工作原理
双桥换流器运行方式： 双桥换流器运行方式：
4-5工况（正常运行方式） 工况（正常运行方式） 工况 成立条件： 成立条件： < α ≤ 90 − 0
0
µ
2
同时
0 ≤ µ < 30
0
5工况（非正常运行方式） 工况（非正常运行方式） 工况 成立条件： 成立条件： 0 < α
u
ud = ud 1 + ud 2
12脉动 12脉动
π 6
ea1c1a2c e
2
ud 2
ud1
o π
6
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2π
ωt
chap.3 换流器工作原理
3.2.1 4-5工况 工况
整流电压波形（4-5工况 ） 工况
ud = ud 1 + ud 2
ud 2 ud 1
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25
换流变两侧相电流有效值
2 I= I d ≈ 0.816I d = 3
∑I (α,0)
h= h=1 2 h
∞
换流变两侧基波相电流有效值
I1 =
6
π
Id ≈ 0.78Id
电流波形，
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28
chap.3 换流器工作原理
3.2.1 4-5工况 工况
换相电流计算公式 换相角计算公式 与6脉动整流器的 脉动整流器的 相应公式相同
2011-11-12
2
chap.3 换流器工作原理
假设条件
1) 交流电源为对称的正弦波； 交流电源为对称的正弦波； 2) 交流输电系统及换流变压器阻抗对称； 交流输电系统及换流变压器阻抗对称； 3) 不计交流系统中各元件的电阻及换流变 压器的激磁导纳； 压器的激磁导纳； 4) 平波电抗器的电感为无穷大； 平波电抗器的电感为无穷大； 5) 晶闸管具有理想的开关特性； 晶闸管具有理想的开关特性； 6) 等间隔触发
流导通的运行方式。 流导通的运行方式。
特性
对每一个6脉动整 对每一个6脉动整 流器而言， 流器而言，相当于工 作在2-3工况 工况。 作在 工况。故6脉 脉 动整流器的特性及电 电流公式均成立。 压、电流公式均成立。
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23
chap.3 换流器工作原理
3.2.1 4-5工况 工况
整流电压波形（ α=µ=0 ）
原因： 原因： Id过大 计算公式： 计算公式：
完全同2-3工况的公式 完全同 工况的公式 ud
6p整流器运行方式， 6p整流器外特性曲线图
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18
chap.3 换流器工作原理
3.1.3 3-4工况 工况
3-4工况：在600的重复周期中，3个阀和 个阀交 工况： 的重复周期中， 个阀和4个阀交 工况 个阀和 替轮流导通的运行方式。 替轮流导通的运行方式。 特点： 特点： 交替出现交流两相和三相短路 直流短路 换流阀持续导通60º～ 换流阀持续导通 ～180º 当µ=120°时，形成稳定 ° 的4个阀同时导通，阀持续 个阀同时导通， 个阀同时导通 导通240º。此时 d=0，Id 导通 。此时U ， 为交流三相短路电流的峰值。 为交流三相短路电流的峰值。 原因： 原因： Id故障性增大
6p整流器运行方式， 6p整流器外特性曲线图
ud
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19
chap.3 换流器工作原理
3.2 双桥整流器工作原理
多桥换流器
由直流端串联、 由直流端串联、交流端并联的一个以上单桥构 成的换流器。 成的换流器。
多桥换流器的接线方式 多桥换流器的接线方式
典型方式: 每极1组 脉动换流单元 脉动换流单元--双极双桥 典型方式 每极 组12脉动换流单元 双极双桥 其他方式: 每极2组 脉动换流单元串联 其他方式 每极 组12脉动换流单元串联 每极2组 脉动换流单元并联 每极 组12脉动换流单元并联