commutation
简介
换流器在运行时，借助于换流阀的开通和关断， 使流经换流器的电流从一个电流路径转移到另一个电流路径的物理过程。
如图1和图2所示， 直流输电所用的6脉动换流器由6个换流阀组成，序号1～6为正常运行时触发开通顺序。对6脉动换流器而言，换相是借换流阀的开通和关断，把换流桥直流侧的一个端子(m或n)从交流侧a、b、c三相中的一相换接到另一相的过程。
由于换流回路有电感Lr(主要是换流变压器的漏感，换流阀回路的电感以及有时还要计及交流系统的等值电感等)，换相过程不是瞬时的，而要经一段时间才能完成。在换相过程中参与换相的两个阀都有电流，开始导通阀(如V1)的电流从零增大到直流电流Id，将要关断阀(如V5)的电流从Id减小到零，而两个换相阀中的电流之和等于Id。
整流器换相过程 假定理想换相的条件是：①三相交流电源的电动势是对称的正弦波，且频率恒定;②交流电网的三相阻抗是线性而对称的;③平波电抗器的电感值很大，因而直流侧的电流是平直的;④换流阀的特性是理想的，即通态压降和断态电流均小到可以忽略不计;⑤6个换流阀的触发脉冲是等距的。
换相过程的分析从阀V5和V6导通，其余4个阀均为阻断状态时开始。图2给出整流器在阀V5向V1换相的实际导通电路。
阀V5和V6导通时的实际电路如图2 (a)中的粗线所示。换流桥的交流端c′和b′分别通过V5和V6与其直流端m和n相连。由于回路中的Id是恒定的，不会在Lγ上产生压降，因此换流桥的直流输出电压就等于线电压ubc。换流桥两端(m和n)对中性点O的电压，显然是相电动势ec和eb正弦波曲线的一段。在C1点以后的α角时刻，对V1施加触发脉冲p1，如果V1的阳极对阴极为正电压，则V1立即开通。如果不是正电压，V1则不开通;在此之后如果p1还继续加在阀上，直至V1的阳极变为正电压，V1立即开通，此时阀的实际开通时间则迟于p1的到达时刻，相当于实际触发角大于α角。
V1开通后，则换流桥由V5、V6两阀导通变为V5、V6和V1三阀导通。其实际导通电路见图2 (b)。此三阀导通期为V5向V1的换相期。在此期间中性点O到共阴极点m之间有2个回路并联，换流变压器的c相和a相通过V5和V1而形成两相短路。两相短路电流(iγ)的方向和V1中电流的方向相同，而和V5中电流的方向相反，从而使V1中的电流从零上升到Id，而V5中的电流从Id下降到零，V5即关断，换相过程即结束，直流电流Id全部从V5转换到V1中去。V5和V1同时导通的时间为换相所需的时间，用换相角μ来表示。V5关断之后，换流桥从V5、V6和V1三阀导通变为V6和V1两阀导通，直流侧输出电压为uba，其实际导通电路见图2(c)。其余换流阀的换相过程可类推。
综上所述，直流输电换流器的换相是借助于交流电网所提供的短路电流来实现的，也称之为电网换相或有源换相。短路电流ir称为换相电流;提供换相电流的交流电压称为换相电压。在换相期间，换相电流在换相电抗Xr=ωLr中产生的并折算到直流侧的等值压降△u=3XrId/π=drId称为换相压降，其中dr称为比换相压降，它表示一个单位直流电流在换相过程中所引起的直流侧压降。
在实际工程的分析中，当有正确设计的交流滤波装置，滤波装置接入点的电压可以视为是正弦电压时，此滤波节点的电压可作为换相电压。一般滤波节点选在换流站的交流母线上。此时，换相电抗则是滤波节点到换流器直流母线间换相电流所流经的每相的电抗，它主要包括换流变压器的漏抗和阀电抗等。
如果换流器与交流电源间没有滤波装置，一般取同步电机或系统的等效暂态或次暂态电动势作为换相电压，并取相应的系统等效电抗、换流变压器漏抗和阀电抗之和作为换相电抗。在理想换相条件下，当换相角μ小于60°时，μ角可按下式计算
由公式可知，换相角μ的大小(即换相时间的长短)与Xr、Id、α和E四个变量有关。μ角随换相电抗(Xr)和直流电流(Id)的加大或者触发角(α)和换相电动势(E)的减小而加大。图3给出换流器换相过程的分析。
图3 换流器的换相过程
逆变器换相过程 直流输电逆变器换相过程与整流器相类似，也是靠逆变器所连接的交流系统提供换相电压和换相电流来实现。图3中部表示逆变器换相过程的电流波形。由于逆变器的触发角β(β=180°-α)比整流器的α滞后很多，使得换流阀的换相电流处在两相短路电流的顶部，并且换流阀关断后所加反向电压的时间也远比整流器的短。因此，逆变器的换相条件不如整流器的好。以V5向V1换相为例，从V5关断时刻到线电压由负变正过零点C4之间，V5加的是负电压，此段时间用相角γ5表示，称为V5的关断角。同时有β1=μ51+γ5，μ51为V5向V1的换相角。在理想条件下，各阀的运行角度β、μ和γ均相等，可省去下标号。关断角γ必须足够大，才能使刚关断的阀有足够长的时间处于反向电压作用之下， 以保证其阻断能力的完全恢复。当γ不够大时，由于在过了C4之后，V5将又加上正电压，如果V5的阻断能力尚未完全恢复，则在加正电压时将会再次导通。此时V5刚换相给V1的电流又倒换相到V5中来，从而造成故障。这种故障叫做换相失败(见换流器故障)。因此，逆变器在正常运行时，关断角必须大于某一定角度，此角度称为关断裕度角γ0，其大小为换流阀恢复阻断能力所需的时间以及由于系统三相电压的不对称而引起的误差。一般取γ0 =15°～18°。
人工换相 利用附加元件和电路， 在原有正弦波换相电压上叠加某一定波形的附加电压， 保证换流阀在将要触发开通之前瞬间起，阀电压为正值，也可使换流阀退出导通开始关断时， 特别是逆变器阀开始关断时， 还应该紧接着有一段足够长的时间使阀处于反向电压下， 以保证阀阻断能力的恢复。随着α和γ的减小，可以减少换流器在运行中的无功功率消耗，甚至可使它工作于α<0°(整流器)和α>180°(逆变器)，从而有可能提供滞后的无功功率。这种换相方式称为人工换相。近年来又重新提出的电容换相换流器也是人工换相的一种 (见电容换相换流器)。