AC/AC变换的基本原理

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AC/AC变换的基本原理 [复制链接]

图4.1（a）所示为AC/AC变换器的原理电路图。实际上是由正组（P）双半波变流器和负组（N）双半波变流器反并联组成的。正组由V1和V2组成，负组由V3和V4组成。

当正组工作时，分别触发V1和V2使之导通，负载上获得正向电压。而负组工作时，对V3和V4触发使之导通，负载上获得反向电压。现以电阻性负载为例，并假定两组变流器不同时工作。

（1）整半周工作方式

假定输出交流电压的频率(fo)为电源频率（fs）的1/3，即To=3Ts。为此在输出的前半周期内（To/2）,让正组变流器工作3个电源电压整半周，在此期间内负组变流器被封锁；然后在输出的后半周期内，让负组变流器导通3个电源整半周，在此期间内正组变流器停止工作，这样可以获得如图4.1（b）所示的波形，其输出电压中的基波分量的频率为电源频率的1/3，即fo=fs/3，以此类推。

按整半周工作方式，输出频率是不能连续可调的，而且输出电压中包含大量的谐波。

（2）α调制工作方式

若每个电源半周期不是整半周期导通，而是控制α不同，让输出电压按理想的正弦进行调制，则能获得如图4.1（c）所示的波形，其输出电压中的基波频率仍然为电源频率的1/3，但其输出波形，比图4.1(b)更接近正弦波，其谐波含量降低。这种工作方式是实际AC/AC变换器所采用的。

（3）高频工作方式

这种工作方式不同于前述的两种，在1个电源电压的半周期内，两组变流器要轮流工作多次，当图4.1(a)的晶闸管用自关断器件代替时，就可以实现这种工作方式，而且要求先封锁已导通的变流器，然后才能使另一组变流器投入工作。若在1个电源电压周期里，以高速率切换两组变流器，使其轮流工作，则能获得如图4.1（d）所示的波形，并称它为高频工作方式。

图4.1AC/AC变换原理电路
（a）电路；(b)整半周方式；
(c)α调制方式；(d)高频方式

α调制工作方式的实现

　　现以单相—单相直接变频电路为例说明α调制工作方式的原理及其实现方法。图4.2为单相桥式AC/AC变换电路。为了在负载一获得交变电压，可以交替地让正组变流器和负组变流器轮流工作，并控制α的大小，使得输出电压的平均值按正弦规律变化。在半周期内，先让控制角α由大变小，再由小变大，则输出电压的平均值将按低频正弦的规律变化。

设理想的输出电压为(4.1)

变流器输出电压平均值的基本公式为

uo=(pUm/π)sin（π/p）cosα(4.2)

式中p为脉波个数。变流器输出电压同触发角α之间符合余弦函数关系。图4.2(a),p=2,sin（π/2）=1,则uo=(2Um/π)cosα，将所希望的输出电压波形ur=Ursinω0t同us=（2Um/π）cosωst进行比较，从而求得对应输出电压每瞬时的触发角大小，如图4.2（b）所示的那样，该图对应电阻性负载，两组变流器均工作于整流方式。

为了保证两组中的晶闸管不同时导通，两组之间切换时要留有一定的间隙时间to（大于器件的关断时间），在这期间，两组均不工作。

图4.2α调制工作方式原理
（a）电路；(b)波形

图4.3三相半波/单相
负载AC/AC变换电路

图4.4电阻负载时的电压波形图

AC/AC变换器典型电路

　　以三相—单相直接变频电路供给阻性负载为例，图4.3所示为由两组三相半波变流器构成的AC/AC变换器。通常对于电源是市电的AC/AC变换器的输出频率限于电源频率的1/3以下，因为过高的输出频率将带来谐波增加的弊病。改变基准正弦波的频率，就可以改变输出频率。图4.4给出了负载输出电压的波形。