第16卷第6期电2001年12月工技术学报电压源高频交流环节AC/AC变换器原理研究ResearchonPrinciplesoftheVoltageModeAC/ACConverterswithHighFrequencyACLink陈道炼李磊(南京航空航天大学自动化学院210016ChenDaolianLiLei(NanjingUniversityof&)摘要,这类电路拓扑由输入周波变换器、高频变压器、略,、两级功率变换(LFAC/HFAC/L、网侧电流波形可得到改善、负载适应能力强等优点。。:AC变换器高频交流环节周波变换器电压源移相控制中图分类号:TM465AbstractAcircuittopologyfamilyofthevoltagemodeAC/ACconverterswithhighfrequencyaclinkarefirstproposed.Thekindofcircuittopologiesareconstitutedofinputcycloconverter,highfrequencytransformer,outputcycloconverter.Thesteadypricinplesandshift2phasecontrolstrategyareinvestigated.Theoutputcharacteristiccurveisgiven.ThevoltagemodeAC/ACconverterswithhighfrequencyaclinkhavetheadvantagessuchassimpletopology,two2stagepowerconversions,bidirectionalpowerflow,highfrequencyelectricalisolation,goodlinecurrentwaveform,strongloadadaptingfunction.ThecorrectionandadvanceofthekindofconvertersareverifiedbyPSPICEsimu2lation.Keywords:AC/ACconvertersHighfrequencyaclinkCycloconverterVoltagemodeShift2phasecontrol1引言电力电子研究人员对DC/DC变换器、AC/DC变换器、DC/AC逆变器高频环节变换技术[1]的研究,已取得了显著的成果;对AC/AC变换技术的研究仅限于交流负载与交流电网无电气隔离的可控硅相控变频器、矩阵变换器[2]。本文首次提出并深入研究了交流负载与交流电网有高频电气隔离的基于Forward变换器的电压源高频交流环节AC/AC变换器,对电力电子学的发展和实现新型电子变压器、正弦交流稳压器均具有重要意义。2电压源高频交流环节AC/AC变换器电路拓扑族与控制原理211电路结构与拓扑族基于Forward变换器的电压源高频交流环节AC/AC变换器电路结构,如图1a所示。该电路结国家自然科学基金(59977010)、江苏省自然科学基金(BK99121)资助项目。陈道炼男,1964年生,博士后,副教授和硕士研究生导师,主要从事高频功率变换技术和航空逆变电源的研究,已发表论文30多篇。李磊男,1975年生,博士研究生,研究方向为功率电子变换技术。26电工技术学报2001年12月构由输入周波变换器、高频变压器、输出周波变换器构成,能够将一种正弦交流电变换成另一种同频率的正弦交流电压。输入、输出周波变换器均由四象限功率开关(能承受双向电压应力和双向电流应力)构成。电压源高频交流环节AC/AC变换器电路拓扑族共八种,如图1b～图1i所示。图1电压源高频交流环节AC/AC变换器电路结构与拓扑族Fig11ThecircuitstructureandcircuittopologiesfamilyofthevoltagemodeAC/ACconverterswithhighfrequencyAClink第16卷第6期陈道炼等电压源高频交流环节AC/AC变换器原理研究27212控制原理电压源高频交流环节AC/AC变换器采用移相控制策略,如图2所示。四象限功率开关S1(S′1)与S2(S′2)、S3(S′3)与S4(S′4)的驱动信号为互补的高频方波信号,但S3(S′3)与S1(S′1)、S4(S′4)与S2(S′2)之间的驱动信号均有相位差)。θ(0≤θ≤180°均可看成恒定量,可用状态空间平均法建立输出电压与输入电压之间的关系式。图4a所示等效电路的状态方程为(2a)Lf=-riLf+ui-uodtN1Cf=iLf-dtRL(2b)图4bLLf-iuodt1(3a)(3b)dt=iLf-dtRL()乘以D加上式(3)乘以(1-D),令=0,=0,可得状态变量在任何一个开关周期dt()N1RL+r()N11+r/RL内的稳态值为ILf=图2电压源高频交流环节AC/AC变换器移相控制原理Fig12Shift2phasecontrolprincipleofvoltagemodeAC/ACconverterwithhighfrequencyAClink(4a)(4b)Uo=312稳态时变换器外特性31211理想情形(r=0)图2中,Ts=1/Fs为开关周期,Fs为开关频率,uAB为滤波器的前端电压。S3(S′3)与S1(S′1)、S4(S′4)与S2(S′2)之间在一个开关周期的共同导通时间DTs/2可表示为)/(2×)DTs/2=Ts(180°-θ180°(1)由式(4b)可知,理想情形且CCM模式时变换器的外特性为UN(D)(5)Uo=N13电压源高频交流环节AC/AC变换器稳态原理与外特性311稳态原理滤波电感电流临界连续和DCM...