电力电子技术中的AC-DC变换器,也称为整流电路,是将交流电转换为直流电的关键设备。整流电路的种类繁多,包括不控整流电路、相控整流电路以及PWM整流电路。其中,不控整流电路是最基础的类型,它的输出电压无法通过电路自身进行控制。
单相不控整流电路是最常见的形式,主要分为半波整流和全波整流。半波整流电路仅在交流输入的正半周期内导通,因此负载只能获取半个周期的电压,导致交流电源利用率低且输出直流电压脉动大。为提高电源利用率和减小脉动,通常会采用全波整流电路。在全波整流中,无论交流电源的正半周还是负半周,电流都能通过电路流向负载,从而使得直流电压平均值翻倍。
单相半波不控整流电路由一个电力二极管构成,当交流电压正向通过二极管时,二极管导通,形成直流电压;负向时,二极管截止。在电阻负载条件下,负载电压平均值计算公式为Ud = (π/2) * U2 / π,其中U2为电源变压器副边电压的有效值。如果负载为感性,直流电压会出现负值,这可以通过添加续流二极管来消除,使直流电压保持正向。
单相全波整流电路则需要两个二极管和一个带中心抽头的变压器。在正半周,一个二极管导通,负半周另一个导通,这样在整个周期内都有电流通过负载,负载电压平均值为Ud = (9/4) * U2 / π。全波整流电路的二极管承受的最大电压为交流输入电压峰值的两倍。
相控整流电路和PWM整流电路则是通过控制开关器件的导通时间来调节输出电压,具有更高的可控性和效率。相控整流电路使用晶闸管等可控器件,通过改变触发脉冲的相位来调整输出直流电压的平均值。而PWM整流电路则通过改变脉宽调制信号的占空比来控制输出电压,具有更优的动态性能和功率因数校正能力。
AC-DC变换器在电力系统、工业自动化、电源供应等领域有着广泛的应用,不同类型的整流电路各有特点,满足了不同场景对电源转换的需求。随着电力电子技术的发展,更高效、更智能的整流技术将持续推动能源转换领域的进步。