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1、单相周波变换器仿真shixi导语：本文的周波变换器采用单相矩阵变换器构造，正弦脉宽调制方式，并用MATLAB/Simulink仿真验证了原理的正确性。摘要：单相周波变换器常用于AC/AC功率变换系统，十分是沟通驱动系统的速度控制。本文的周波变换器采用单相矩阵变换器SPMC构造，正弦脉宽调制SPWM方式，并用MATLAB/Simulink仿真验证了原理的正确性。关键词：周波变换器；SPWM;MATLABSimulationofsingle-phasecycloconverterWUhuimeiCHENyongjunschoolofelectriceng,southwestjiaotonguniv
2、ersity,chengdu610031,chinaabstract：singl-phasecycloconvertersareusedforAC/ACpowerconversion,especiallyforspeedcontrolofACdrives.Inthisworkthesingle-phasematrixconverter(SPMC)topologyisusedforcycloconverteroperation,andthewell-knownsinusoidalplusewidthmodulation(SPWM)schemeisusedinthisinstance,alsoth
3、ecycloconverterissimulatedbyMATLAB.keywords：cycloconverter；SPWM;MATLAB周波变换器能够将某一频率的沟通功率直接转换为另一频率的功率而不需要中间的直流环节。在70年代，周波变换器理论和实践的各个方面都进行了讨论1,2,3。在80年代，基于微处理器的控制系统的快速发展，使得周波变换器的应用经历有所增长4,5,6。当前半导体闸流管控制周波变换器已经能够应用在大功率中，如电力牵引、变频调速、恒频功率供应、沟通系统的可控无功功率供应等。矩阵变换器MC用于交交变换能够省去传统整流变换器系统中的电抗储能部分7。Gyugyi于1976年首先描
4、绘了这种拓扑3。大部分文章主要研究三电平的电路拓扑8,9,10。单相矩阵变换器由Zuckerberger首先提出11，其他文章里也都不包含实验的验证12,13。本文的周波变换器采用SPMC构造，并用MATLAB进行了仿真验证。采用了IGBT作为开关，仿真中采用SPWM技术控制和纯电阻负载。1系统构造周波变换器是以单相或三相输入产生单相或三相沟通输出。传统的周波变换器由一对或多对背靠背连接的可控整流器组成分别叫做P变换器和N变换器，每个变换器实现类似桥变换器的功能，构造如图1所示。图1传统单相桥式周波变换器拓扑构造相比拟而言，SPMC单相矩阵变换器作为周波变换器应用时需要4个双向开关，如图2所示
5、。它要求双向开关在每个方向都能够阻断电压和传导电流，用发射级反并联IGBT和二极管组成，如图3所示。二极管提供开关模块反向阻断能力，IGBT具有高频开关能力和大电流承载能力。2正弦脉宽调制正弦脉宽调制是电力电子技术中广泛应用的调制技术，原理如图4所示。通过高频三角载波与希望得到正弦参考信号相比来实现。穿插点决定开关换相。图4SPWM参考信号与三角波的比就是调制系数。输出电压的基波成分大小与成比例。三角波的幅值保持恒定。改变调制系数就能够控制输出电压。周波变换器的输出想要得到期望频率需要不同的双向开关排列。变换器的输出电压由SPWM控制，但变换器频率随控制开关操作持续时间而改变。设定输入电压频率
6、为50Hz，希望的输出频率为25Hz和12.5Hz，如图5所示。图5(a)输入50Hz(b)输出25Hz(c)输出12.5Hz驱动电路的时间间隔和状态决定开关顺序，如表1所示单周期。表1开关顺序4个双向开关i=1，2，3，4。j=a，b。其中a和b分别表示驱动1和驱动2，规则如下：1任何时间，只要两个开关i=1，4。j=a导通，电流从输入端正半周流动状态1。2任何时间，只要两个开关i=1，4。j=b导通，电流从输入端负半周流动状态2。3任何时间，只要两个开关i=2，3。j=b导通，电流从输入端正半周流动状态3。4任何时间，只要两个开关i=2，3。j=a导通，电流从输入端负半周流动状态4。上面规
7、则对应图6至图9。3仿真模型周波变换器仿真模型：图10周波变换器主电路模型驱动信号产生电路，如图11所示。图11驱动信号产生电路两个正弦波模块用于产生两个正弦参考信号和。正弦波模块与常数模块相乘代表调制系数，通过改变常数的值就能够改变其幅值。正弦波与三角波通过比拟器产生的“0和“1信号代表SPWM脉冲信号。状态选择部分如表1所示实现要求的开关状态。方波代表希望的输出频率。周波变换器最终的开关状态由SPWM的输出与状态选择相乘，如图12所示。图12开关状态25Hz4仿真结果纯电阻情况下，MATLAB的仿真结果如图13所示。所用参数如表2所示表2仿真参数 (a)输出25Hz，=0.7b输出25Hz
8、，=1.0c输出100Hz，=0.d输出100Hz，=1.0图13MATLAB仿真结果5结论用MATLAB对基于SPMC的周波变换器进行了仿真和分析，并应用SPWM控制方式实现输出频率的升高和降低。参考文献1Maamoun,A.,Developmentofcycloconverters,CanadianConferenceonElectrcalandComputerEngineering,2003.IEEECCECE2003.Vol.1,4-7May2003,pp.521-5242Pelly,B.R.,Thyristorphase-controlledconvertersandcyclocon
9、verter,NewYork,U.S.A.,JohnWileySonInc,1971.3Gyugyi,L,andPelly,B.R,StaticPowerfrequencyChargers,NewYork,U.S.A.,JohnWileySonInc,1976.4Miyazawa,S.,Nakamura,F.,Yamnada,N.,Anovelstrategyformicrocomputer-basedcontrolofasingle-phaseoutputcycloconverter,IEEETransactionsonIndustrialElectronics,Vol.36(4),Nov.
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11、oconverters,IEEETransactionsonIndustryApplications,Vol.30(3),May-June1994,pp.585-588.7VenturiniM.,ANewSineWaveinSineWaveOut,ConversionTechniqueWhichEliminatesReactiveElements,ProceedingsPowercon7,1980,pp.E3_-E3_15.8Oyama,J.,Higuchi,T.,Yamada,E.,Koga,T.,andLipo,T.,NewControlStrategiesforMatrixConvert
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