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简介
换流站中用以实现交、直流电能相互转换的设备。实现交流电转换为直流电的叫整流器，而直流电转换为交流电的叫逆变器，它们统称为换流器。整流器和逆变器的设备基本相同，只是控制系统不同。当触发角α<90°时，换流器运行于整流工况，叫整流器;而α>90°时，换流器运行于逆变工况，就叫逆变器。此外， 整流器和逆变器的控制原则也不同。
换流器通常均由换流阀接成一定的回路来进行换流。直流输电的换流器是采用一个或多个三相桥式换流电路(也称6脉冲换流器)串联构成，因而可用6脉动换流器(也称换流桥)作为原理分析的基础。换流桥由6个换流阀组成， 其中阀V1、V3、V5共阴极， 称为阴极换相组或阴极半桥;阀V2、V4、V6共阳极，称为阳极换相组或阳极半桥。代表阀的符号V后面的编号是按换流阀运行时触发次序编排的， 通常是将V1的阳极接到三相交流电的a相。
整流原理 单桥整流器的原理接线如图1所示。图2给出整流器主要各点的电压和电流波形。
图1中ea、eb、ec为等值交流系统的工频基波正弦相电动势，Lγ为每相的等值换相电抗。对照图1和图2，uac、ubc、uba、acm、ucb、umb为换流阀的换相电压，并且规定线电压uac由负变正的过零点为C1，它是V1的触发角α1计时的零点， 其余的线电压过零点C2～C6则分别为V2～V6的触发角α2～α6的零点。在理想条件下，交流系统是完全对称的，触发脉冲是等距的，换流阀的触发角也是相等的， 通常用α来表示。
图1 单桥整流器原理接线图
图2 整流器的电压和电流波形(a)交流电动势和直流端母线m、n点对中性点的电位波形; (b)直流电压ud的波形; (c) 触发脉冲p的顺序和相位图;(d)各阀电流波形;(e)交流侧a相电流波形; (f) 阀V1上的电压波形
无相控理想空载直流电压 假定换相电抗Lγ=0，换流阀均为不可控的二极管阀，换流阀的通态压降和断态漏电流均可忽略不计，直流电流是平直的。在C1时刻以后，V1和V6处于导通状态时开始分析。此时，换流桥的直流输出电压为线电压uab，直到C2时刻为止。在C2之后，c点电位低于b点电位，V2进入导通状态， V6在反向电压作用下而关断，直流输出电压为uac。直到C3时刻。在C3之后，b点电位高于a点电位，V3导通，V1关断，直流输出电压为ubc。按此方法分析，换流器在任何时刻总有两个阀导通，它们是V6、V1，V1、V2，V2、V3，…，V5、V6。每个阀在一个工频周期内导通120°(电角度)，阻断240°。由于Lγ=0，阀的开通和关断均是瞬时完成的。在交流电动势的作用下，换流阀周而复始地按序开通和关断，从而在n和m点之间可得到依次为1/6周期的uab、uac、ubc、uba、uca、ucb6个正弦曲线段组成的直流电压波形。如图2 (b)所示。这样，三相交流电动势ea、eb、ec经整流而变成带有6个脉动的直流电压ud，因此单桥换流器又称为6脉动换流器。
从直流电压瞬时值ud取平均值得Ud0，称为6脉动换流器的理想空载直流电压，即
式中E为交流线电动势的有效值。
有相控理想空载直流电压 如果换流桥由晶闸管换流阀组成，晶闸管的开通条件是：①在外电路作用下，晶闸管阳极对阴极的电位是正;②晶闸管的控制极必须加一个具有一定宽度的、对阴极为正的触发脉冲。因此，触发脉冲pi (i表示1～6中的一个序数)，只有在相应的电压过零点Ci到来之后才能使Vi开通。pi延迟与Ci的电角度αi称为延迟触发角，简称触发角(也称控制角)。因此，对于有相控的换流器，在触发脉冲pi到来之前，原来导通的阀仍然继续导通，直到pi来到时，才能被刚触发的Vi所顶替，从而使6个换流阀的开通时间均后移α电角度。此时，整流器的理想空载直流电压的平均值为 
很明显，U′d0<Ud0。ud的波形见图2 (b)。整流器在正常运行时，为了保证阀中串联晶闸管开通的同时性，并留有可调节的余地，常取α=5°～20°(直流输电降压运行或利用整流器调节无功功率时除外)。
实际上换流器的直流端难免存在杂散电导和电容，由于电容的储能作用，其平均空载直流电压的实际值最大时可到换相线电压的幅值(
E)，最小时将不会低于其理想空载直流电压(Ud0 cosα) 。
有载整流器直流侧外特性 当换流器直流侧有载时，由于平波电抗器足够大，有时还装有直流滤波器，直流电流的波形近似平直，其平均值为Id。实际上Lγ>0，因此实际的换相过程与上述Lγ=0的情况不同。当触发脉冲pi到来时，由于有电感Lγ的作用，刚被触发开通的阀Vi中的电流不可能立刻上升到Id，将要关断的阀Vi-2中的电流也不能立即从Id下降到零，都必须经历同样长的一段时间，这段时间所对应的电角度μ称为换相角，这一过程称为换相过程。见图2 (d)。在换相过程中参与换相的在同一半桥中的两个阀都处于导通状态，从而形成换流变压器阀侧绕组的两相短路。在刚开通的阀中，其电流与两相短路电流的方向相同，而在即将关断的阀中，其电流方向与两相短路电流的方向相反，从而促成两个阀完成换相过程。其电压、电流波形见图2。此时换流器的直流电压平均值为
式中ω为工频角频率;Xγ是换相电抗;dγ表示一个单位的直流电流在换相过程中引起的直流电压降，故也称为比换相压降。式(3)所表达的是整流器直流电压平均值和直流电流平均值的关系，所以也称为整流器的伏安特性或外特性。(见换相、换流器运行特性)
逆变原理 逆变器是将直流电转变为交流电，然后送入受端的交流系统。图3为单桥逆变器原理接线图。
图3 单桥逆变器原理接线图
对比图3和图1可知，逆变器和整流器的原理接线图相同，因此换流器既可作为整流器又可作为逆变器，它们只是运行状态的不同。由于换流阀的单向导电性，逆变器阀的可导通方向必须和整流器一致，才能保证直流电流的流通。
换流器作为逆变器运行时，其共阴极点(m′)的电位为负，共阳极点(n′)则为正，与其作为整流器运行时的极性正好相反。由式(2)可知，当α= 90°时，则U′d0 = Ud0 cos α= 0，如果α继续增大(α> 90°)，则U′d0即为负值，此时换流器就有可能由整流器变为逆变器运行。根据换流阀的导通条件，换流阀只能在0′<α<180°区间内有可能导通，而在此区间内当α<90°为整流器运行，α>90°则为逆变器运行。对于逆变器公式(3) 可写成
式中Udoi为逆变器无相控理想控制直流电压，d’γ为逆变器的比换相压降，β=180°—α，为逆变器的超前触发角。由于受端系统等值电感L’γ的存在，逆变器的换相也不是瞬时的，它也有一个换相过程。另外，它还要求从换流阀Vi关断到电压由负变正的过零点Ci-1之间的时间足够大， 使得Vi关断后处于反向电压的时间，能够充分满足恢复换流阀阻断能力的要求， 以保证换相的成功。否则当Ci-1点电压变正时，Vi在无触发的情况下可能又重新开通， 造成换相失败 (见换流器故障)。规定从Vi关断(阀中电流到零)到Ci-1之间的时间为关断角γ，γ=β—μ′。为防止换相失败，γ角一般必须大于γ0，γ0取15°～20°(见换相)。引入γ角后，逆变器的外特性还可表示为
综上所述，逆变器正常运行的条件是：①逆变器与整流器的导通方向要相一致; ②逆变器的直流侧必须加有大于其反电动势的直流电压， 才能满足向逆变器注入电流的要求; ③逆变器交流侧受端系统必须提供换相电压和电流以实现换相 (用可关断器件组成的逆变器则不需此条件);④逆变器的触发角α>90°，其直流侧电压为负值;⑤逆变器的关断角γ必须大于γ0，以保证正常换相。
逆变器的阀电压、阀电流、直流电压等波形相当于整流器的波形翻转180°。因此， 逆变器的阀在一个工频周期内大部分时间处于正向阻断状态， 而整流器则大部分时间处于反向阻断状态。
多桥换流器 单桥换流器的工作原理是双桥和多桥换流器工作原理的基础。将两个换流桥串级连接，即直流端串联，交流端通过换流变压器网侧绕组并联。同时换流变压器阀侧绕组一个为星形接线， 而另一个为三角形接线，使串级的两个换流桥得到相位相差30°的换相电压，从而构成12脉动双桥换流器。它的每一个换流桥的工作原理与单桥换流桥的基本相同。双桥换流桥的直流电压是两个单桥换流桥直流电压之和， 它在一个工频周期中有12个脉动数，所以又称为十二脉动换流器。它的交流电流谐波和直流电压谐波比6脉动的小(见直流输电系统谐波)。实际工程中，串接的换流桥数不超过四个， 四桥换流器一般是由两个十二脉动换流器串接而成。
拓展资料
桥式换流器 机械换流器 换流器保护 电子换流器 换流器故障 循环换流器 电压源换流器 小波换流器 换流器解锁 相控换流器