交流/交流轉(zhuǎn)換器

　　交流/交流轉(zhuǎn)換器是將交流的電氣波形轉(zhuǎn)換為另一種交流電氣波形的設(shè)備，其電壓和頻率均可任意調(diào)整。像變頻器、循環(huán)換流器及矩陣轉(zhuǎn)換器都是交流/交流轉(zhuǎn)換器。

分類

交流/交流轉(zhuǎn)換器可以依以下的方式分類：

• 　　間接交流/交流轉(zhuǎn)換器，也稱為交流/直流/交流轉(zhuǎn)換器，或是變頻器，也就是有整流器、直流鏈及逆變器的轉(zhuǎn)換器[1]

• 　　循環(huán)換流器

• 　　復(fù)合矩陣轉(zhuǎn)換器

• 　　矩陣轉(zhuǎn)換器

有直流鏈的轉(zhuǎn)換器

• 　　有直流鏈的轉(zhuǎn)換器有二種：

• 　　電壓源變頻器（VSI）：其整流器由二極管電橋組成，直流鏈則為并接的電容器。

　　電流源變頻器（CSI）：其整流器由相控的切換元件，直流鏈則為一個(gè)或二個(gè)串接的電感器，連結(jié)整流器和逆變器。

　　若馬達(dá)需要?jiǎng)討B(tài)剎車，可以用剎車斬波器及電阻器并聯(lián)在整流器上來(lái)達(dá)成。另一種剎車方式是在整流器上反向并聯(lián)閘流體，使能量可以回到交流電源端。不過(guò)這種相控閘流體為基礎(chǔ)的整流器，在輕載時(shí)對(duì)電源電壓的歧變比二極管整流器要大，功率因素也比較小。

　　若交流/交流轉(zhuǎn)換器希望有近似弦波的輸入電流，以及雙向的功率流動(dòng)，可以用脈沖寬度調(diào)變（PWM）的整流器、PWM的逆變器配合直流鏈達(dá)到。直流鏈的大小以逆變器和整流器之間共同的能量?jī)?chǔ)存元件來(lái)表示，在電壓源變頻器中為電容，在電流源變頻器中為電感。PWM整流器控制輸入電流為弦波，可能和交流電源的電壓同相，若是能量回饋到電源端，電流會(huì)和電壓反相。

　　因?yàn)橹绷麈湹膬?chǔ)存元件，整流器和逆變器有相當(dāng)程度的解耦，有在控制上的好處。不過(guò)直流鏈的儲(chǔ)存元件其體積較大，若在電壓源變頻器中使用電解電容器，也潛在的降低了系統(tǒng)的壽命。

循環(huán)換流器

　　循環(huán)換流器利用切換元件將輸入波形切換后，產(chǎn)生變頻率，近似弦波的輸出電壓，沒(méi)有中間的直流鏈儲(chǔ)存元件。切換元件可能是SCR，不過(guò)其輸出頻率需要比輸入電壓的頻率要低。大型的循環(huán)換流器（功率約到10 MW）是為壓縮機(jī)及風(fēng)洞機(jī)所設(shè)計(jì)，或是像水泥窯爐之類的變速應(yīng)用。

矩陣轉(zhuǎn)換器

　　傳統(tǒng)的矩陣轉(zhuǎn)換器[6][7]

　　間接型的矩陣轉(zhuǎn)換器[8][9][10]

　　為了提高功率密度及可靠性，一種可行的作法是考慮矩陣式的架構(gòu)，將三相輸入和三個(gè)輸出用九個(gè)雙向的功率晶體來(lái)進(jìn)行切換，每一相輸入都有三個(gè)功率晶體連接到三相的輸出，這就是直接型的矩陣轉(zhuǎn)換器，沒(méi)有中介的能量轉(zhuǎn)換元件，電壓及電流的轉(zhuǎn)換都在一級(jí)的轉(zhuǎn)換器中完成。

　　有另外一種間接型的能量轉(zhuǎn)換方式，可以用間接型的矩陣轉(zhuǎn)換器，或是由蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的Johann W.Kolar教授發(fā)明的稀疏矩陣變換器來(lái)達(dá)成。就像電壓源及電流源的變頻器一樣，會(huì)分為幾階來(lái)處理電壓及電流的轉(zhuǎn)換，但直流鏈沒(méi)有中介的儲(chǔ)能元件。一般來(lái)說(shuō)，使用矩陣轉(zhuǎn)換器后，可以減小直流鏈的儲(chǔ)能元件，或是甚至不用，不過(guò)會(huì)使用很多的功率晶體。矩陣轉(zhuǎn)換器常視為未來(lái)變頻技術(shù)的概念之一，不過(guò)數(shù)十年來(lái)的密集研究，在工業(yè)上的使用并不多。不過(guò)因?yàn)榻鼇?lái)已可獲得低成本、高效能的半導(dǎo)體，過(guò)去幾年已有少數(shù)變頻器廠商在提倡矩陣轉(zhuǎn)換器[11]。

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