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基於非隔離型九相脈波整流之交直流轉換器研究 A study of three-phase rectifier with autotransformer based nine-phase structure. 南台科技大學 電機工程系 電力電子研究中心 指導教授：蔡明村 博士 報告學生：王敬超 . 大綱. 摘要 研究動機與目的 電路設計 全橋相移架構分析 實驗 波形 結論 參考文獻. 摘要.
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基於非隔離型九相脈波整流之交直流轉換器研究基於非隔離型九相脈波整流之交直流轉換器研究 A study of three-phase rectifier with autotransformer based nine-phase structure 南台科技大學 電機工程系 電力電子研究中心 指導教授：蔡明村 博士 報告學生：王敬超
大綱 摘要 研究動機與目的 電路設計 全橋相移架構分析 實驗波形 結論 參考文獻
摘要 本文以非隔離型變壓器透過相移設計組成對稱9相整流輸入的交/直流整流器，再利用高頻隔離變壓器做零電壓相移直流/直流轉換以得到所要控制且具隔離功能的電壓、希望藉由此兩種架構的組合以獲得可靠度與效率皆能兼顧且適合於大功率的隔離型交/直流轉換器。而根據實驗結果證明本研究設計確實可獲得輸入電流接近於正弦電流的三相電流且具隔離功能的交/直流轉換器。
研究動機與目的 大型工業電子設備通常都採用三相電源系統，且常常需要具隔離功能，近年來由於電力電子技術日新月異，傳統SCR相位控制的交流/直流穩壓方式的設計方式，應用到三相電力系統上常造成市電電流諧波過高與輕載時功率因數低的問題，且由於操作在60Hz，因此所需的濾波電感與電容也較大，無法滿足現代電力品質需求。 本研究以非隔離型變壓器之多脈波整流架構配合高頻隔離變壓器之切換式直流/直流轉換器，利用非隔離型變壓器設計成對稱9相整流輸入的交/直流電源系統，以減少輸入電流諧波，再利用高頻隔離變壓器做直流/直流轉換以得到所要控制的電壓、其目的希望藉由此兩種架構的組合以獲得可靠度與效率皆能兼顧且適合於大功率的隔離型交/直流轉換器。
電路設計 右下圖為本研究所要合成的18脈波變壓器之電壓相量圖，合成後的三組三相電壓將輸出到三組三相橋式整流二極體。本研究是採用對稱9相電壓系統設計，其各組相角差分別為。若以三相線對線電壓為1標么(PU)設計，則各分段長度電壓比（a、b、c、d）相對於線對線電壓可依下列三角形功式得到：
電路設計(續) 其他兩組三相電源之U相電壓可得下式獲得： 若原相的輸入電壓分別如下：
電路設計(續) 圖為18脈波整流系統之變壓器繞組連接圖，根據克希荷夫電流定律可獲得整個整流系統的各相電流關係式，如下所示： (1) (5) (6) (2) (7) (3) (8) (4) (9) (10) (11) (12)
電路設計(續) (13) (14) (15) 利用每相變壓器的安匝平衡條件，可得下列表示式：
電路設計(續) (16) (17) (18) 將(3)、(12)代入(14)可獲得(16)，如下所示 : 將(4)、(7)代入(15)可獲得(17)，如下所示 ： 將(6)、(11)代入(13)可獲得(18)，如下所示 ：
全橋式相移架構分析 全橋相移式零電壓切換轉換器之主電路架構
全橋式相移架構分析(續) 開關的驅動信號以180度互補，且驅動信號間相差一個相位，也就是所謂的相移角度。四個開關訊號的導通與截止週期都相同，且每個責任週期為50％，當對角的開關訊號導通週期互相交疊時，變壓器一次側才會有電壓而把能量感應到二次側。由於QA與QD或QB與QC需同時導通才能傳送能量至二次測，VP(一次側電壓)之輸出脈波寬度的大小取決QA與QC之相位差，當QA與QC之相位差愈大，則之脈波寬度愈窄，且輸出功率愈小，則傳送能量也愈小，所以利用相移調變方式來控制開關交疊時間長短就能達到輸出側電壓穩定。
全橋式相移架構分析(續) 控制開關時序圖及一次側的電壓、電流波形圖
實驗波形 左圖所示為1KW三相交流電輸入端電源電流波形。右圖所示為1KW輸入電流經由變壓器繞組後產生相角的。
實驗波形(續) 下圖為1KW時變壓器一次側電壓、電流，看出電流未有不平衡現象。
實驗波形(續) 左圖為功率晶體零電壓切換波形圖，右圖則為全橋相移轉換器輸出負載從200W增加到1KW時的暫態輸入電壓、電流與輸出電壓電流，波形，由圖看出輸出電壓是穩定的50V。
結論 本研究利用對稱9相整流輸入的交/直流電源系統以減少電流諧波和簡化前級整流器設計，而輸入電流仍接近正弦電源電壓。實驗後發現在輸入的三相交流電源負載越重時的交流電波形跟負載輕時比較趨近於正弦波。
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