【導讀】整流電路AC/DC變換應(yīng)用非常廣泛，比DC/AC 逆變器功率范圍更廣，數(shù)量更多。為了降低諧波電流，有源PFC應(yīng)用越來越廣泛，但二極管整流在電機驅(qū)動等應(yīng)用中還是主流的方案，而且功率范圍很廣，所以了解二極管整流電路工程設(shè)計非常重要。
整流電路是電力電子課程的基礎(chǔ)內(nèi)容，占篇幅也很大，但是在書本上，工程上的重要基礎(chǔ)問題沒有細講或沒有涉及，尤其重要的整流電容濾波負載往往被忽略了，以至于使得整流電路設(shè)計在中小功率系統(tǒng)設(shè)計中也沒有得到足夠重視，直接影響系統(tǒng)成本和可靠性。而大功率整流，譬如新能源電解氫，整流知識是必不可少的。
為了幫助電力電子專業(yè)學生和工程師了解整流電路和整流電容濾波電路的特性和工程設(shè)計，撰寫了本系列講座，分6個周末連載。
01
周末連載 | 看似簡單的整流二極管電路詳解
摘要：6期連載摘要和花絮---古老的整流管
02
周末連載 | 二極管的損耗與波形系數(shù)
摘要：二極管損耗模型和參數(shù)獲得，正弦波和方波的波形系數(shù)以及平均值和有效值測量原理。
03
周末連載 | 阻感性負載和反電動勢負載
摘要：阻感性負載比較常用，也是基礎(chǔ)教學內(nèi)容，為了符合微信快速閱讀習慣，這里只以單相不連續(xù)電流模式和連續(xù)電流模式作為整流電路分析入門；反電動勢負載典型應(yīng)用是最簡單的充電電路，是熱門的知識點。
04
周末連載 | 整流電容濾波負載原理
摘要：本系列的核心內(nèi)容，在交流供電的電源，家用電器，電機驅(qū)動器中，電容濾波這一非線性負載非常普遍，本講開始詳細講解整流電容濾波的分析方法、計算方法和實例。
05
周末連載 | 整流電容濾波負載實例
摘要：以家用空調(diào)作為單相整流電容濾波電路和英飛凌22kW通用變頻器為三相整流電容濾波電路為例，通過PLECS仿真驗證設(shè)計參數(shù)，給出波形系數(shù)的經(jīng)驗值。
06
周末連載 | 逆變器如何面對整流濾波非線性負載？
摘要：解讀UPS標準，研究線路阻抗對整流電容濾波這類非線性負載的影響，同時討論針對整流電容濾波這類非線性負載逆變器輸出特性的設(shè)計對策和測試方法。
花絮
整流二極管的演變
隨著雙極性半導體技術(shù)的發(fā)展，二極管和晶閘管的直徑可以做到6英寸，150mm, 二極管的電流電壓規(guī)格可以做到8000A，9000V，英飛凌的產(chǎn)品為：8320A 600V，6070A 5000V, 1440A 9000V。
產(chǎn)品覆蓋鎮(zhèn)流器的功率范圍為30kW-50MW，構(gòu)成最大的系統(tǒng)為10GW量級。
最近的例子是，2022年4月16日，陜北-湖北±800kV特高壓直流輸電工程，額定輸送容量8000MW，每年輸電400億千瓦時。
而高壓大功率二極管晶閘管僅50年歷史，所以在80年代以前的城市軌道交通中，供電系統(tǒng)的整流設(shè)備大多數(shù)采用水銀整流器，其耐壓水平僅能滿足750V電壓的要求，所以無軌電車和早期的地鐵是750V直流系統(tǒng)。到了八十年代，高電壓的電力半導體器件制造技術(shù)經(jīng)成熟，這樣地鐵開始采用1500V電壓等級直流系統(tǒng)。
水銀整流器像個漫畫書中的八爪魚，照片中的水銀整流器是陳列在英飛凌Warstein工廠里古物。這一技術(shù)有近90年的歷史，展品的規(guī)格僅為300A 670V。這樣大的一只八爪魚而現(xiàn)在只需要3個50mm寬的模塊就搞定了。
水銀整流器在電力電子應(yīng)用中扮演著重要的角色，1935年西門子第一代SIMOVERT MasterDrives系列電機驅(qū)動器就是采用水銀整流器的，功率做到500kW。今天SIMOVERT MasterDrives風采依舊，這一西門子的工程型變頻器，功率范圍為0.55~2300kW，逆變采用IGBT技術(shù)。
水銀整流器裝在八爪魚型玻璃容器中，一個陰極淹沒在水銀池的底部，多個高純度石墨電極作為陽極在懸于水銀池上?？赡苓€有幾個輔助電極以作啟動和維持電弧之用。
當水銀整流器電弧在陰極池和懸浮的陽極間發(fā)生時，電子束將可借電離化的水銀，由陰極流向陽極，但無法反向。從原理上看，這是一個高功率型的火焰整流器，火焰中自然存在的等離子具有的單向電流傳輸特性。
由于電離水銀，整流器工作起來發(fā)著瑩瑩藍光，非常美麗，想看視頻可以在B站中找到。
水銀整流器可以有輔助極用于啟動和維持電弧之用，所以除了用于整流還可以用于逆變，1954年世界上第一個汞弧閥性直流輸電工程在瑞典投入運行。而史上最強大的水銀整流器是1977年建成，安裝在加拿大馬尼托巴水電局納爾遜河雙高壓直流輸電系統(tǒng)中，額定容量總和超過1000MW，450kV。
從1970年代中期起，汞弧整流器被硅半導體整流器和大功率晶閘管電路所取代。英飛凌（西門子）1975年開發(fā)了第一個功率晶閘管用于了2000MW HVDC高壓直流輸電，以后成了HVDC這一應(yīng)用的主角。
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