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1绪论

1．绪论

1.1弧焊电源的全球发展方向

焊接作为一种将材料永久连接并具有给定功能结构的技术，已经渗透到了制造业的各个领域。

焊接工艺依靠焊接设备来实现，焊接设备成为现代工业重要的加工工艺装备。

电弧焊接是焊接方法中最主要的一个大类，弧焊电源是电弧焊接中的主要部分。

电力电子技术的发展促使弧焊电源则从电磁和机械控制的发电机式、变压器式、硅整流式等发展为电子控制的可控硅整流式、逆变式（实际上是DC/AC/DC的弧焊电源，本文沿用焊接行业逆变式的说法）等，从而为实现更精确、更复杂的电源输出特性控制和焊接工艺过程控制奠定了基础。

1982年瑞典ESAB公司率先推出了晶闸管弧焊逆变器产品之后，美国的Lincoln、Miller、Powcon公司，芬兰的Kemppi，瑞士的ELTRON，日本的大坂变压器公司等国际著名的焊接设备公司都相继推出了各自的弧焊逆变器产品。

1981年在德国埃森举办的世界焊接与切割博览会上，首次展出了4个厂家的晶闸管式和晶体管式弧焊逆变器，主要用于焊条电弧焊、低压引弧式钨极氩弧焊和CO2气体保护焊，最大电流为350A。

到了1989年在同样的博览会上已有30多个厂家展出弧焊逆变器。

除场效应管式、晶体管式弧焊逆变器以较大的比例增长之外，开始出现IGBT式弧焊逆变器，最大容量500A，其用途进一步扩展到等离子切割等领域。

1993年，在德国埃森国际焊接与切割博览会上，展出了各种规格和用途的弧焊逆变器，其应用范围包括手工电弧焊、TIG焊、MIG/MAG焊、CO2焊等。

容量在130-630A之间，逆变频率为2-20kHz。

其中，额定电流130A，负载持续率35%的场效应管式强焊逆变器，重量仅有4Kg，逆变频率为100-130KHz。

据调查，到1996年日本日立公司IGBT逆变焊机已占其生产的MIG/MAG焊机的70%，占TIG焊机的95%以上，占切割机的100%[1]。

IGBT式逆变焊接电源将成为未来逆变焊机的发展方向[2][3]。

在我国逆变式弧焊电源的发展十分快，前景也十分可观，20世纪70年代末我国着手研制晶闸管式弧焊逆变器，80年代初取得初步成果。

1983年,成都电焊机研究所研制出了第一台商品化的ZX7-250可控硅逆变弧焊整流器，通过部级鉴定；1983年-1991年，清华大学、哈尔滨工业大学、华南理工大学等相继推出各式开关器件的逆变焊机；1992年，深圳瑞凌成功研制出110kHz，MOSFET的逆变焊机，并推向市场；2000年,各种IGBT逆变焊机纷纷登台。

目前，北京工业大学、山东大学、华南理工大学、华中科技大学、甘肃工业大学、上海交通大学、镇江船院、沈阳工业大学等科研院所以及北京时代、山东奥太等企业研发中心以产学研合作、自主创新、模仿创新、和目标用户的合作开发等研发组织形式大力研发了各种逆变式弧焊电源。

2000年，我国将IGBT逆变电源列入高科技产品目录，成为焊接设备行业唯一被列入的产品。

近几年逆变式弧焊电源的产量每年都以较快的速度增长，2003年以来逆变式弧焊电源增涨幅度明显高于以往，2006年实现增幅150.34%，其普及应用速度超过了同期世界的发展水平。

2007年直流弧焊机产量占总产量的比重持续上升，为总产量的36.74%。

其中逆变式直流弧焊机产量较上年增长91.11%。

1.2目前弧焊电源的研究现状

1.2.1弧焊电源主电路研究现状

逆变式弧焊电源已成为目前国际上公认的最先进的弧焊电源，也是最具有发展潜力的一种弧焊电源。

其优点为[6]：

焊接性能好、频率响应快、动特性好，有利于实现焊接自动化；重量轻；效率高，可达80%-90%；功率因数高；体积小；引弧可靠、飞溅少；焊接速度快；功能多，且转换方便；有利于实现焊接机械化和自动化，已成为弧焊电源的发展方向。

逆变式弧焊电源的主电路通常采用中、大功率高频隔离直流－直流变换拓扑。

逆变式弧焊电源的主电路拓扑研究经历了脉宽调制硬开关电路、频率调制谐振电路和脉宽调制软开关电路等三个发展阶段[7]。

1.2.1.1.脉宽调制硬开关电路拓扑

这种电路采用固定逆变频率、调节占空比的方式，强迫全控型开关器件在高电压下开通、在大电流下关断。

在逆变式弧焊电源中，脉宽调制硬开关电路拓扑的主要类型就是全桥式、半桥式、双晶体管单端正激式（简称双管正激）等三种[8][9]。

为了增大逆变器输出功率，常常采用两个逆变主电路并联方式。

双管正激式变换电路突出优点是既无直通的危险，又没有变压器偏磁、磁饱和问题，因此，可靠性高。

但是存在功率变压器磁芯利用率低且要求较大输出滤波电感的缺点。

半桥式、全桥式变换电路的优点和缺点则与之相反。

目前，这三种脉宽调制硬开关变换电路在弧焊逆变器中都获得了广泛应用[10]。

但是，人们逐渐发现，在现有硬开关式逆变弧焊电源中有如下问题没有得到解决[11]：

1.由于开关器件工作在硬开关工作方式，功率器件存在开通时的电流冲击和关断时的电压应力，开关损耗大，工作安全性下降，可靠性低。

2.开通和关断过程产生可观的能量损耗，通常在开关两端设置缓冲电路来消除产生的电压尖峰Ldi/dt和浪涌电流Cdv/dt，这样可使功率开关管的动态开关轨迹缩小至安全工作区内，把功率器件内的开关损耗转移到缓冲电路以减少器件的开关应力。

可是，缓冲电路会消耗能量，频率越高，能耗越大，电源的能量转换效率越低[12]-[15]。

3.输入侧没有功率因数校正装置，输入网侧谐波电流大，污染电网。

4.由于逆变回路工作在硬开关工作方式，向外界电磁辐射干扰大。

1.2.1.2.频率调制谐振电路

逆变式弧焊电源中采用频率调制谐振电路的最初目的是为了解决半控器件晶闸管不能自动关断的问题。

这种电路采用固定脉冲宽度、调节逆变频率的方式，通过谐振换流，从而控制逆变式弧焊电源的输出特性。

半桥式频率调制谐振电路广泛应用于晶闸管逆变式弧焊电源[16]。

上世纪八十年代中期，频率调制谐振技术进一步被用来克服上述脉宽调制硬开关变换电路的缺点。

在采用全控型开关器件的逆变式弧焊电源中，应用电感电容网络的谐振原理，迫使功率开关器件的电流或电压按正弦规律变化，当电流或电压过零时，使器件自然开通和自然关断。

因为解决了开关动态损耗、电流冲击及电压应力和电磁干扰等问题，频率调制谐振电路也被应用于由全控型开关器件构成的逆变式弧焊电源中[17,18]。

频率调制谐振电路拓扑在逆变式弧焊电源中的成功应用，曾经极大地推动了弧焊逆变技术的发展。

意大利学者LuigiMalesani等人采用半桥混合谐振电路，变频控制方式，研制出空载电压80伏，额定工作电流130安的谐振焊机[19]。

国内山东大学的张光先等人根据串联谐振电路本身具有的恒流源特征，也采用变频控制，进行了将其应用于焊接电源的理论与实验研究[20]。

成都科技大学的黄念慈等人也对变频控制的零开关逆变焊机进行了计算机仿真初步研究[21]。

总的来说，目前频率调制谐振式逆变弧焊电源有许多不足:

1）控制电路复杂，易受干扰，而且高频时，还会通过高增益放大器传输大量摄动噪声，限制了有效带宽。

2）电路分析、设计复杂，不同的负载条件存在不同的工作模式，理解掌握比较困难。

3）输出调整范围较小，为了获得较大的调整范围，要求开关频率在很大范围内变化，这使得变压器、滤波器的设计十分困难且减小了磁性元件的利用率，尤其是脉宽软开关技术的逐渐成熟，频率调制谐振电路拓扑的应用范围将逐步缩小。

1.2.1.3.脉宽调制软开关电路

上世纪八十年代末期，脉宽调制软开关电路拓扑的问世，推动了大功率逆变技术研究与应用水平又上一个新的台阶。

该电路巧妙地将脉宽调制硬开关电路和频率调制谐振电路的优点集于一身，同时又克服了两者的缺点。

近二十年来，脉宽调制软开关电路逐渐占据主导地位[18,22，23]。

目前，脉宽调制软开关技术仍然是电力电子学最重要的研究内容之一，脉宽调制软开关电路拓扑的应用前景十分广阔。

脉宽调制软开关电路的基本特征是，仅在短暂的功率器件换流期间，应用谐振原理，实现零电压或零电流自然导通或自然关断，而在其它大部分时间采用脉宽调制方式，完成对电源输出电压或电流的控制[24，25]。

它的本质是将器件换流过程能量转换、控制过程分时加以区别处理。

1988年，移相控制全桥零电压软开关变换器首次被报道[26]。

所谓移相全桥ZVS就是超前桥臂、滞后桥臂均实现零电压开关。

为方便起见，称其为基本全桥式软开关电路。

由于它具有高频零电压软开关运行、移相控制实现方便、电流和电压应力小、巧妙利用寄生元件等一系列突出优点，在国际上引起强烈的反响，受到广泛的关注。

美国弗吉尼亚电力电子中心（VirginiaPowerElectronicsCenter）的FredC.Lee博士等人对ZVS软开关变换器进行了理论和实验研究，取得了很多的研究成果[27-33]。

在国内阮新波教授等多年来很深入的研究了PWMDC/DC软开关技术，2000年北京工业大学陈树君和清华大学的朱志明等进行了将这种软开关变换技术引入到焊接逆变电源中的研究，取得了一定的成果[34]。

大功率弧焊电源广泛应用移相全桥零电压开关变换器（PS-FB-ZVSPWMDC/DC）[24]。

该电路具有以下几个主要优点：

①开关管在ZVS条件下运行，开关损耗小，可实现高频化；②控制简单脉宽恒定，只控制移相；③恒频运行；④电流、电压应力小；⑤电路结构简单。

但是这种电路具有3个主要缺点：

①当负载很轻时，尤其滞后桥臂开关管ZVS的条件难以满足；②变换器处于零状态时，原边有较大环流，导电损耗增大，并且零状态时间越长，相对损耗越大；③输出整流二极管不能实现软开关，开关损耗大。

改进ZVS全桥式软开关电路的技术关键是，以尽可能简洁的结构，在负载小和输入电压高时，保证滞后桥臂的换流能量不短缺；在负载大和输入电压低时，保证换流能量又不严重过剩。

如果换流能量不足，则必然失去零电压软开关条件；如果换流能量严重过剩，则终将导致开关管电流应力大大增加。

其中，第2个缺点是实际上不可避免的，只能尽量减小。

对于第1个缺点上，国内外很多文献提出了一些拓宽ZVS负载范围的方法，如在变压器原边串联给定电流下的可饱和电感[38][101]，该电路拓扑有效地拓宽了软开关范围，消除了大负载时过剩的换流能量，还显著减弱整流二极管电压振荡，也存在可饱和电感损耗及散热的问题。

增大高频变压器的漏感（甚至外接电感）或增大通过漏感的激磁电流[35][102]，有限地增大了软开关范围，显然是简单可行的改进方法，但只是有限地增大了软开关范围，基本全桥软开关电路的其它问题没有解决。

Redl指出:

串联箝位谐振电感，可拓宽软开关范围，同时显著减弱整流二极管电压振荡[36][103][104]，但是，此电路拓扑不能改善大负载时换流能量严重过剩、占空比明显损失的缺点。

以上几种方法在负载非常轻时完全实现ZVS还是很困难。

还有的用倍流整流方式全桥变换器利用两个输出滤波电感的能量可以在很宽的负载范围内实现开关管的ZVS，而且使其输出整流管自然换流，从而避免了反向恢复引起的电压振荡和电压尖峰[105]，但它要求在零状态时一次侧电流能快速下降，而这只能依靠开关管的通态压降来实现，一般开关管的通态压降很小，因此该变换器要求变压器的漏感极小，对变压器的制造工艺提出了很高的要求，在此基础上，文献[106]在原边增加阻断电容，但是在满载时滞后管实现ZVS很困难。

还有的在变压器副边使用开关管和尖峰抑制器或者变压器副边使用饱和电感器[107]，来充分实现滞后管的ZVS范围以及减少输出整流管的电压应力，但是，增加的辅助开关及其驱动、控制电路，付出的代价较高。

需要指出，任何串联式ZVS全桥软开关电路，实现ZVS所需能量直接由负载电流决定，在负载电流很小时，滞后桥臂软开关条件仍然无法保证。

并联式ZVS全桥软开关电路也可作为一种选择。

早在1987年，著名学者Divan等人开创性地提出了并联“谐振极”来改进移相全桥电路的性能[40]。

相对以前频率调制的谐振全桥电路而言，该方法给人重要的启迪。

可惜的是，单纯并联“谐振极”，虽然能够在任何负载下实现软开关，但要求谐振电感中电流必须大于等效负载电流[41]，导致开关管电流应力大大增加。

在临界电流可忽略的饱和电感辅助下，变压器原边并联电感或利用励磁电感的改进电路被提出[35,42]。

该方法取消了谐振电感中电流必须大于等效负载电流的限制。

但换流能量决定于占空比，在占空比较小时，难以实现软开关。

1994年，文献[43]研究了并联可控电感的改进方法。

此方法几乎克服了基本ZVS的所有缺点。

但是，需增加两个辅助开关及其驱动、控制电路，付出的代价较高。

移相全桥ZVS软开关电路存在的问题中：

很多问题是互相对立的，如附加导通损耗和ZVS范围就是一对矛盾，而且为了形成谐振腔，外加的谐振元件有多种组合，各种不同性能特点的外加谐振元件对谐振行为有什么影响，如何使谐振腔对元件的寄生参数不敏感，并保证变换器的高效率，是一个复杂的问题，目前没有一个统一的等效电路模型能够将基本电路拓扑的各个状态描述清楚，每一种拓扑结构在基本电路上增加或者更改一个元件，就得变换各种状态分析，使得基于移相全桥ZVS的电路分析起来相当复杂，而且占空比丢失期变压器原副边的具体表现形式也没有哪个电路模型能够精确描述。

在软开关变换器的设计中，能充分利用元器件的寄生参数却又不受寄生参数分散性的影响，一直是软开关功率变换器的设计中难以解决的问题。

1.2.2弧焊电源电气特性和数字化控制研究现状

1.2.2.1弧焊电源电气特性要求

弧焊电源的负载是电弧，因此其电气性能要能适应电弧负载的特性，即具备工艺适应性。

弧焊工艺对电源有下列要求[][]：

保证引弧容易；保证电弧稳定；保证焊接规范稳定；具有足够宽的焊接规范调节范围。

为满足上述工艺要求，弧焊电源的电气性能要考虑如下几个方面：

弧焊电源外特性的要求；弧焊电源调节特性的要求；弧焊电源动特性的要求。

弧焊电源外特性有下降特性、平特性和双阶梯型特性三种。

下降特性中垂直下降（恒流）外特性的电源，焊接工艺参数最稳定，电弧弹性也最好【】。

但是，垂直下降特性其短路电流也最小，这将造成引弧困难，电弧推力弱、熔池浅，而且熔滴过渡困难。

因此弧焊电源采用恒流特性时，最好能增加外拖特性，在短路时通过外拖增大短路电流，提高了引弧性能和电弧熔透能力。

而且可以根据焊条类型、板厚和工件位置的不同来调节外托拐点和外拖部分斜率，以使熔滴过程具有合适推力从而得到稳定的焊接过程和良好的焊缝成形。

直流弧焊电源，一般规定手弧焊电源空载电压45~70V。

不同的弧焊电源选择不同的动特性达到不同的弧焊工艺要求。

影响引弧性能、电弧弹性、焊缝成形、焊接飞溅的各因素为：

影响引弧性能的电源特性参数是空载电压、电流外拖量、短路电流上升率，其中空载电压对引弧性能的影响最大；影响电弧弹性的电源特性参数是转折电压、外特性曲线斜率，其中转折电压对电弧弹性影响最大；影响焊缝成形的电源特性参数是外拖拐点电压、外特性曲线斜率、电流外拖量，影响焊接飞溅的电源特性参数是电流外拖量、外拖拐点电压、外特性曲线斜率、短路电流上升率和超调量。

1.2.2.2弧焊电源数字化控制研究现状

数字化焊接电源是将数字化技术运用于焊接电源的控制环节中，尤其是焊接电源的核心控制。

将数字化核心控制环节拓展将可以实现核心控制环节与外围电路之间数字化的信息流通[44]。

单片机控制的弧焊逆变电源是逆变式弧焊电源数字化控制中非常重要的一个阶段。

我们知道数字化控制最大的缺点就是处理速度低于模拟系统，所以处理速度的提高是数字化控制系统应用的关键。

在这种系统中单片机主要完成了控制信号的给定功能以及焊机的总体管理[45]。

单片机虽然在控制系统中仅仅完成了信号的给定，但是这己经使得逆变式弧焊电源在实现焊接工艺控制时，如CO2波形控制等，获得极大的灵活性。

例如可以通过单片机给出多种斜率、不同幅值的CO2短路电流波形，使得CO2焊接的工艺效果在不同的电流范围内都能接近于最佳[46]。

同时，在单片机控制的逆变式弧焊电源中，我们注意到它的控制核心--PI控制器和PWM控制电路是由模拟元件构成的，PI控制器以运算放大器为核心，PWM控制电路多采用SG3525或SG3526。

单片机控制逆变式弧焊电源不是真正的全数字化控制。

全数字化控制逆变式弧焊电源，如奥地利的Fronius全数字化焊机，采用数字信号处理器DSP作为控制系统的核心。

通过采用DSP实现弧焊电源的全数字化，具有如下优点[44]:

数字化焊机实现了柔性化控制和多功能集成；控制精度高。

数字系统的控制精度取决于系统的位数；稳定性好；产品的一致性好；接口兼容性好；焊机功能升级方便。

目前，国外已有全数字化焊接电源的产品应用，最具有代表性如奥地利的FRONIUS公司1998开始生产的TRANSPLUSSYNERGIC系列TPS2700/4000/5000全数字化焊接电源，它的心脏部分是DSP，由它集中处理所有焊接数据，控制和检测整个焊接过程，焊机具有程序化引弧、精确控制电弧、专家系统、一机多功能、焊接数据接口和评价系统等功能[46]。

又如德国EWM公司生产的INTEGRAL系列和PHOENIX系列数字化焊接电源，数字处理系统处理所有焊接数据，控制整个焊接过程，同样具有专家系统、一机多功能焊接、可与计算机或网络通讯、模块化设计、焊接数据的存储和分析系统等功能[47]－[49]。

澳大利亚的WOLLONG大学利用TMS320C32数字信号处理器高速采样率控制GMAW焊接过程[50]。

以上国外的研究成果主要采用DSP和MCU相结合的控制方案、主回路采用逆变形式是全数字化焊接电源。

日本OTC推出的数字化微电脑控制可控硅CO2/MAG自动焊机，它采用MCU控制实现焊接电压自动跟随，具有熔深控制功能。

在国内，数字化焊接电源也有大量研究，某些高校和科研机构已在这方面开展了工作。

上海交通大学焊接研究所1999年提出了数字化焊接电源研究课题并进行了研究，取得了一些成果，已成功地把数字信号处理器应用在熔化极气保护焊接电源系统的控制并已成功实现了商品化的数字化可控硅焊接电源。

北京工业大学材料学院分析了数字化电源的特征，提出了全数字化控制焊接电源的方案[51][52]。

华南理工大学提出了基于DSP的弧焊逆变电源数字化控制系统，给出了利用单片机和数字信号处理器实现弧焊逆变电源数字化控制的解决方案，探讨了应用前景[53]。

文献[54]介绍了数字化焊接电源的特点、结构和应用，但是目前数字控制的弧焊电源基本都被国外占领，国内的几乎不被消费者接受。

大功率弧焊电源数字控制的对象为逆变式移相全桥电路，控制的最终目标是获得优质的焊缝，与其他加工工艺相比焊接过程由于控制参数的交互作用以及模型的不确定性，从而使得焊缝很难达到一致性[55]。

闭环控制意味着控制能够适应较大外界干扰而生产出较好的焊缝，但闭环控制成功与否的关键是如何正确、迅速检测信号，而这些信号又恰好表征了焊接过程的稳定性，以及如何准确、快速的控制控制对象，最后达到优质的焊缝成型和小的焊接飞溅。

数字化控制是焊接电源的发展方向，尽管国内已经有很多科研院所在研究数字化弧焊电源，但是为何国内电焊机生产单位还是主要占领模拟焊机市场，数字化的高端市场全部被国外占领？

2008年的全球经融危机，全世界大部分工业产品都降价，但是美国的Hybertion空气等离子切割机价格本来就很昂贵了，还在继续涨价呢？

这是值得我们思考的问题。

事实上，国内目前弧焊电源数字化控制有的基于模拟系统校正，有的基于连续系统的数字化校正，但是仅仅考虑了采样延迟的影响，真正的数字化弧焊电源应该是基于离散化系统的数字化校正，必须考虑数字化过程的零阶保持和延时一拍控制对系统性能的影响[56][57]。

真正的数字控制要考虑数字化的各方面对系统性能的影响和要求，要在离散化系统按要求进行快速可靠调节，最后稳定无误差输出。

1.2.3弧焊电源系统输入电流谐波研究现状

近年来逆变焊机有了很大的进展和长足的进步，但也存在着不少问题，其中之一就是逆变焊机的谐波干扰问题，谐波问题本身又包括两个方面[58]：

一是高频谐波问题，采用软开关的逆变方式，通过谐振切换的方法使功率开关器件在零电压和零电流下开关，这种方式不仅可以从根本上消除高频干扰的产生，而且由于开关损耗的减少而使焊机的效率和可靠性进一步得到提高。

二是低频谐波问题。

由于逆变焊接电源对电网来说，本质上是一个大的整流电源。

逆变电源的输入电流波形是一种尖角波，畸变严重。

从国际国内的发展情况来看，具有可靠性、高效性、电磁兼容性、先进的焊接工艺性的智能型绿色焊接电源已经成为未来焊接电源的发展方向。

“绿色电源概念”为焊接电源的研究提出了更高的要求[59]-[61]。

国际上有IEEE519标准以及IEC6100-3-2标准,给出了电压和电流谐波畸变要求限制,以免影响到交流电网。

针对逆变电源的脉宽调制软开关电路、功率因素校正（APFC）、电磁兼容和抗电磁干扰设计、仿真研究及智能控制技术的应用已成为当前焊接电源研究的新热点。

北京工业大学陈树君等研究在弧焊逆变电源中采用LDC滤波电路，降低直流线上的电压纹波，通过优化参数设计，提高逆变电源的功率因数和降低电流畸变率[62]。

天津大学单平等研究建立了综合励磁支路非线性、磁滞、涡流损耗和漏电感等因素的弧焊变压器通用模型，并对其稳态谐波电流进行计算，提出了抑制主要成分三次谐波污染的措施[63]。

北京工业大学陈树君、殷树言等在分析了三相大功率焊逆变电源功率因数和输入电流谐波畸变的关系基础之上提出了抑制焊接电源网侧电流谐波的三相功率因数校正电路的方案，理论分析并通过数字仿真进行验证[64]-[66]。

对于某些小型电力系统，由于系统脆弱，其中任何一个设备的谐波污染超标均有可能影响到别的用电设备的正常运行，所以必须对所有设备的谐波畸变率进行限制，满足一定的标准。

在造船厂、加工厂等集中焊接场所，可以配备多脉波整流系统输出直流电供给逆变式弧焊电源，输入电流的谐波畸变小，功率因数高。

这种对输入电流谐波和功率因数要求严格的小电网系统或者集中焊接场所，可以考虑逆变式弧焊前端用多脉波整流方式以满足工程要求，在此我们叫其为特种弧焊电源。

传统的多脉波整流电路的缺陷在于，所使用的整流变压器容量太大，使整体电路的效率受到影响，更是令整流系统重量非常大，体积笨重。

在不需要电气隔离的情况下，如果采用自耦变压器取代，同样能实现“移相”的目的，变压器的初级功率除一小部分通过电磁耦合传递给次级外，其余功率均直接传递给次级，使其等效容量大幅度的降低，实现相同的功率传输，所用自耦变压器的体积重量都将大大减小。

逆变式弧焊电源后级DC/DC为具有高频变压器隔离的软开关拓扑，前级AC/DC可以采取不需要电气隔离的拓扑，所以可以采用简单、可靠和伏安容量小的基于自耦变压器的多脉波整流技术。

目前国外提出的两种比较成熟的基于自耦变压器的多脉波整流系统：

韩国SewanChoi结构（如图1.1所示）[67]-[70]和美国Girish.R.Kamath结构[71]-[73]（如图1.7所示）。

一个12脉波整流系统必须满足2个条件：

①两组整流桥输入端电源线电压的相位应依次相差

；②任取这样一对线电压，其幅值应完全相等。

1.2.3.1SewanChoi结构

文[67]提出的SewanChoi结构，利用自耦变压器所构建的12脉波整流电路结构见图1.1（a），其电压矢量图见图1.1（b）。

为了满足条件①，设自耦变压器一次侧绕组a，b之间匝数为

p.u.，经计算可以得到：

k1=0.2679p.u.。

两个直流电源并联运行时，只有当两个电源的电压平均值和瞬时值均相等时，才能使负载电流平均分配。

此电路中，两个六脉波整流输出电压平均值相等，但是脉动波相差

，瞬时值不同。

若不接平衡电抗器，在任一瞬间只能有两个矢量偏差最大的电压向量对应的两个二极管导通，每个二极管的平均电流为输出电流，二极管功率大；而且每个时刻变压器的小绕组只有两个工作，变压器利用率低，所以在两组整流桥之间加入了平