高频交流环节AC_AC同频变换系统基准正弦电路研究

基于单相Boost型AC/AC交流变换器的分析与实现摘要：详细分析了单相Boost型AC/AC交流变换器的工作原理及其控制策略。

通过对输入电压的极性判断，并结合输出电压误差放大信号与三角载波的比较结果，可确定各开关管的工作状态。

对单相Boost型AC/AC交流变换器进行了仿真研究，并研制了一台原理样机，仿真和试验结果验证了理论分析的正确性及控制策略的可行性。

 1 引言 AC/AC交流变换是把一种形式的交流电变换为另一种形式的交流电[1-2]，其中可用于升压变换的主要有工频变压器、交-直-交变换器、电子变压器[3-4]、高频交流环节AC/AC交流变换器[5-6]、非隔离的Boost型、Buck-Boost型AC/AC交流变换器[7-11]。

 工频变压器体积重量大，且无稳压及调压功能；交-直-交变换器变换级数过多，变换效率不高，对电网谐波污染严重，且在升压场合还需一台升压变压器；电子变压器体积重量小，无稳压及调压功能，且开关器件数量众多；高频交流环节AC/AC交流变换器虽然可实现电气隔离，但拓扑结构及控制电路复杂，且开关器件数量众多；Buck-Boost型AC/AC交流变换器能实现升降压功能，但其开关管电压应力高，输入输出之间无直接能量传递通路，从而变换效率不高，且输入输出相位相反；在无需隔离的升压场合，Boost型AC/AC交流变换器具有结构简单、容易控制等特点。

本文详细分析了单相Boost型AC/AC交流变换器的工作原理及其控制策略，对其进行了仿真研究，并研制了一台原理样机，仿真及试验结果与理论分析一致。

 2 电路结构与工作原理 图1为单相Boost型AC/AC交流变换器的电路结构[7]，其中S1（S1a、S1b）和S2（S2a、S2b）为两对交流开关管，二者高频互补开通，开通时间分别为DTS、(1-D)TS，其中D为占空比，TS为开关周期。

 该变换器可看成正反两个Boost型DC/DC直流变换器的组合，当输入电压大于零时，正向Boost型DC/DC直流变换器由电感Lf、开关管S1a和S2a、电容Cf构成；当输入电压小于零时，反向Boost型DC/DC直流变换器由电感Lf、开关管S1b和S2b、电容Cf构成。

AC－DC－AC论文正弦脉宽调制论文：AT89C2051控制的纯正弦波逆变器的设计摘要：在在日常的生产和生活中，我们经常需要将一种形式的电能变换成另外一种形式的电能，从而来满足不同情况下生产和生活的需要。

电力变换就是在电源和负载之间，将电压、电流、频率（包括直流）、相位、相数、波形等电器特性中的一个以上特性进行实质性的无损耗变换。

除了变换装置内部的损耗和能量存储（或释放）外，变换装置的输入输出功率是相等的。

本文将使用at89c2051单片机对交流－直流－交流变换器进行实时检测和自动控制，用数字化的方法来实现正弦脉冲宽度调制（spwm），从而得到纯正弦波的输出波形。

单片机模拟输出的spwm信号可使硬件电路简化，系统功率因数与效率大大提高；同时采用高频调制后可获得高质量的输出电压波形，抑制了高次谐波，使变换器损耗减小，由此提高了系统的工作性能。

关键词：ac－dc－ac 正弦脉宽调制纯正弦波 igbt一、研究的目的和意义现代电力电子技术的飞速发展使交流电机变频调速产生了极大的飞跃，快速功率开关器件igbt 的出现使pwm 方式控制的交流变频装置的性能得到了很大提高[1]。

spwm 波生成技术从控制手段而言, 过去多采用模拟控制电路来实现，这种控制电路既复杂, 又难以保证控制精度。

而用单片机生成spwm 波，可以方便地对变频器进行直接数字控制，从而获得调节灵活，稳定可靠，性能优异的效果。

综上所述，采用igbt 作为逆变开关元件，由8 位at89c2051 单片机组成spwm变频器，符合目前国际上“开关技术高频化, 变频器高性能化, 控制技术智能化”的发展趋势。

二、技术、方法、路线在电力电子器件飞速发展的今天，想得到交流变频电源较为容易。

变频通常有两种方式[3]：①交流－直流－交流变换器；②交流－交流变换器。

本系统采用交流－直流－交流(ac-dc-ac)变换器，是一个整流器－逆变器系统[2]。

交流－直流－交流变换器就是把工频交流电先通过整流器整流成直流，而后再通过逆变器把直流电逆变成固定频率的交流电。

acc控制原理
AC（交流）控制原理是一种用于电力系统中的控制方法，其
基本原理是利用交流电的周期性特点来实现对电力系统的控制。

该原理主要包括以下几个方面：
1.周期性特点：交流电的周期性特点使得电压和电流的数值在
一个周期内反复变化。

每个周期可以分为正半周期和负半周期，而正负半周期的长度相等。

2.相位角：交流电波形可以用正弦或余弦函数来表示，其波形
可以通过相位角来描述。

相位角表示了波形相对于时间的偏移量，通常用角度或弧度来表示。

3.频率：交流电的频率指的是在单位时间内波形所经历的周期数。

在欧洲和大部分亚洲国家，交流电的频率一般为50Hz，
而在美国和部分亚洲国家是60Hz。

4.电压和电流的控制：AC控制原理中，通过对交流电的相位
角进行控制，可以实现对电压和电流的控制。

例如，通过改变相位角的大小和方向，可以实现对电压的调整和变频。

5.应用：AC控制原理在电力系统中有广泛的应用，例如对变
压器和电机进行启动、调速和负载控制。

同时，它还可以用于电力系统的稳定性控制和保护。

AC控制原理的应用可以提高电力系统的稳定性和可靠性，同
时也可以实现对电力的有效利用。

在电力系统的控制过程中，
掌握AC控制原理是非常重要的。

需要根据具体的控制要求和系统特点，选择合适的AC控制方法和设备，以实现对电力系统的精确控制。

高频交流环节AC/AC同频变换系统基准正弦电路研究李　磊,陈道炼,李明珠,胡育文(南京航空航天大学,南京　210016) 摘要:介绍并分析研究了一种采用数字化技术的、与电网电压同步的基准正弦电路,给出了关键电路参数设计准则。

试验结果与理论分析一致。

该基准电路具有输出正弦电压与电网电压同步、T HD小、幅值可调且不受电网电压波动的影响、简单实用、价格低廉等优点,在高频交流环节AC/AC变换系统、不间断电源系统U PS中具有重要应用价值。

关键词:变换器/高频交流环节;AC/AC变换系统;基准正弦电路中图分类号:V242.2 文献标识码:A 文章编号:1000-100X(2002)01-0000-00R esearch on a R eference Sinusoidal Circuit of the AC/ACConstant Frequence Conversion System with High Frequency AC LinkL I Lei,CHEN Dao2lian,L I Ming2zhu,HU Yu2wen(N anjing U niversity of Aeronautics and Ast ronautics,N anjing210016,China) Abstract:A reference sinusoidal circuit based on digital technique and synchronous with the line voltage is proposed and investigated.The design criterion of the key circuit parameters is given.The experimental results agree with the the2 oretical analysis.The reference circuit has the advantages such as synchronous with the line voltage,low T HD,adjustable peak voltage free from the fluctuation of the line voltage,simplicity and utility,low cost.The reference circuit has im por2 tant applicative value in the AC/AC conversion s ystem with high frequency ac link and U PS.K eyw ords:converter;high frequency ac link;AC/AC conversion system;reference sinusoidal circuit1　引　言新颖的高频交流环节AC/AC变换系统[1]如图1所示。

高频交流环节AC/AC变频变换系统基准正弦电路研究0 引言传统的逆变技术虽然成熟可靠、应用广泛，但存在体积大且笨重、音频噪音大、系统动态特性差等缺点。

用高频变压器替代传统逆变器中的工频变压器，克服了传统逆变器的缺点，显著提高了逆变器的特性。

高频脉冲交流环节逆变器具有双向功率流、两级功率变换（DC/HFAC7LFAC）变换效率和可靠性高等特点，成为近几年电源界研究的热点。

1 新颖的变频变换系统新颖的咼频父流环节AC/AC变频变换系统，如图1所示。

该电路由输入周波变换器、高频变压器或高频储能式变压器、输出周波变换器构成，能够将一种频率的交流电变换成另一种频率的交流电，具有两级功率变换（LFAC/ HFA/LFAC）、变换效率高、双向功率流、高频电气隔离、无音频噪音等优点，是实现新型变频电源的关键技术基础。

图1所示变换系统中，输出电压。

u0总是跟踪基准正弦电压ur山的。

如果基准正弦电压ur与输入电网电压ui的n倍频或n分频信号不同步，当输入电网电压ui很小（如过零点）、且要得到较大的输出电压uO时，贝U要求PWM 信号占空比很大，从而使 PI调节器输出饱和，那么输出电压 uO就无法跟踪基准正弦电压ur，输出电压uO波形就产生了畸变，仿真波形如图 2（a）所示；如果基准正弦电压 ur 与输入电网电压 ui 的 n 倍频或 n 分频信号同步，即基准正弦电压 ur 与输入电网电压 ui 的过零点重合，贝不会产生上述 PI 调节器输出饱和现象，输出电压uO能很好地跟踪基准正弦电压ur，仿真波形如图2（b）所示。

图2中，ui为输入电网电压，uO为输出电压，ue为Pl调节器输出电压。

因此，基准正弦电压 ur 与输入电网电压 ui 的 n 倍频或 n 分频信号必须同步。

本文提出并深入研究了一类全数字化技术、与电网电压 n倍频或n分频信号同步的基准正弦电路，并给出了关键电路参数设计准贝和试验结果。

2与电网电压n倍频或n分频信号同步的基准正弦电路构成与原理2.1基准正弦电路构成与电网电压 n 倍频或 n 分频信号同步的基准正弦电路，由电网电压取样和正弦波/方波转换电路、倍频电路或分频电路、时钟信号形成电路（包括锁相环和分频电路）、相位同步电路（即地址发生器清零信号形成电路）、正弦波幅值和极性控制电路、正弦波产生电路（包括EPROMD/A转换电路和运放）等6个部分组成，如图 3 所示。

第六章交流—交流（AC—AC）变换AC—AC变换是一种可以改变电压大小、频率、相数的交流—交流电力变换技术。

只改变电压大小或仅对电路实现通断控制而不改变频率的电路，称为交流调压电路和交流调功电路、或交流无触点开关。

从一种频率交流变换成另一种频率交流的电路则称为交—交变频器，它有别于交—直—交二次变换的间接变频，是一种直接变频电路。

为了解决相控式晶闸管型交—交变频器输入、输出波形差、谐波严重的弊病，在基于双向自关断功率开关的基础上目前正在研究一种所谓的矩阵式变换器，它是一种具有十分优良输入、输出特性的特殊形式交—交变频器。

本章将分节介绍交流调压（交流调功或交流无触点开关）、交—交变频及矩阵式变换器的相关内容。

6.1 交流调压电路交流调压电路采用两单向晶闸管反并联（图6-1(a)）或双向晶闸（图6-1（b）），实现对交流电正、负半周的对称控制，达到方便地调节输出交流电压大小的目的，或实现交流电路的通、断控制。

因此交流调压电路可用于异步电动机的调压调速、恒流软起动，交流负载的功率调节，灯光调节，供电系统无功调节，用作交流无触点开关、固态继电器等，应用领域十分广泛。

图6-1 交流调压电路交流调压电路一般有三种控制方式，其原理如图6-2所示。

图6-2 交流调压电路控制方式（1）通断控制通断控制是在交流电压过零时刻导通或关断晶闸管，使负载电路与交流电源接通几个周波，然后再断开几个周波，通过改变导通周波数与关断周波数的比值，实现调节交流电压大小的目的。

通断控制时输出电压波形基本正弦，无低次谐波，但由于输出电压时有时无，电压调节不连续，会分解出分数次谐波。

如用于异步电机调压调速，会因电机经常处于重合闸过程而出现大电流冲击，因此很少采用。

一般用于电炉调温等交流功率调节的场合。

（2）相位控制与可控整流的移相触发控制相似，在交流的正半周时触发导通正向晶闸管、负半周时触发导通反向晶闸管，且保持两晶闸的移相角相同，以保证向负载输出正、负半周对称的交流电压波形。