单极性移相控制电压源高频交流环节AC/AC变换器研究（推荐）

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为包括变压器绕阻电阻、漏抗、功率开关通态电阻、滤波电感寄生电阻等在内的等效电阻。

    在1个开关周期内输出电压u_o可看成恒定量, 图5(a)所示等效电路的状态方程为


式(6)、(7)中D为滤波器前端电压在1个开关周期内的占空比，即D=2T_com/T_s=(180^o-q)/ 180^o。
3.3 稳态时变换器外特性
       由式(7)可知，理想情形(r=0)且CCM时变换器的外特性为

由式(10)可知，当D=1/2时，I_G达到最大值，即

输出负载电流为

    实际情形(r≠0)时，变换器外特性可由式(6)表示。变换器标幺外特性U_o/(U_iN₂/N₁)=f(I_o/I_omax)，如图6所示。曲线A为临界CCM时外特性曲线，由式(12)决定；曲线A右边为滤波电感电流CCM时外特性曲线，实线为理想情形时曲线，由式(8)决定，虚线为实际情形时曲线，由式(7)决定；曲线A左边为DCM时外特性曲线，由式(17)决定。

4 原理试验
       设计实例：输入电压U_i=220V±10%（50Hz），输出电压U_o=220V(50Hz)；开关频率F_s=50kHz；变压器匝比为N₁/N₂/N₂=14/18/18、磁芯选用铁氧体PM74；滤波电感L_f=0.15mH; C_f=4mF。
    这类变换器原理试验波形，如图7所示。
    试验结果表明：① 变压器原边绕组电压为单极性三态的高频交流电压波；② 输出周波变换器功率开关实现了ZVS开关; ③ 输出滤波器前端电压为单极性SPWM波，频谱特性好；④ 输出电压波形失真度低。试验结果与理论分析一致。

5 结论
   （1）单极性移相控制电压源高频交流环节AC/AC变换器具有高频电气隔离、电路拓扑简洁、两级功率变换、功率密度高、双向功率流、输出周波变换器实现了ZVS换流、输出滤波器前端电压为单极性SPWM波、音频噪声低等优点，与这类变换器双极性移相控制相比，该变换器输出频谱特性更优、输出滤波器更小、工程实现更容易；
   （2）在1个开关周期内有12种工作模式；
   （3）获得了变换器外特性曲线以及关键电路参数设计准则；
   （4）原理试验结果与理论分析一致。

参考文献

[1]  Neft C L，et al．Theory and design of a 30-hp matrix converter［J］．IEEE Trans. On IA, 1992, 28 (3) ：546-551.
[2]  陈道炼，李磊，胡育文 (Chen Daolian，Li Lei，Hu Yuwen, et al). 双极性移相控制电压源高频交流环节AC/AC变换器研究(Research on the bi-polarity phase-shifted controlled voltage mode AC/AC converters with high frequency AC link)[J].中国电机工程学报(Proceedings of the CSEE)，2002, 22(9)：69-73.
[3]  陈道炼，尹春(Chen Daolian,Yin Chun).高频交流环节AC/AC变频变换系统基准正弦电路研究(Research on the reference sinusoidal circuit of the AC/AC variable frequency conversion system with high frequency ac link )[J].中国电机工程学报(Proceedinds of the CSEE)，2003, 23(2)：5-8.

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