【单相至单相降压循环换流器】循环换流器在不使用直流链路的情况下将交流频率转换为交流频率附Simulink仿真

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一、引言

在电力电子领域，交流频率转换是实现电能高效传输与利用的关键技术之一。传统的交流 - 交流频率转换通常依赖直流链路作为中间环节，先将输入交流电整流为直流电，再通过逆变器转换为所需频率的交流电。这种方式存在电路结构复杂、能量转换效率低、成本较高等问题。单相至单相降压循环换流器打破了这一传统模式，无需直流链路即可直接将一种交流频率转换为另一种交流频率，为交流频率转换提供了更简洁、高效的解决方案，在电机调速、不间断电源、电力系统频率调节等领域具有广阔的应用前景。

二、循环换流器基本原理

2.1 工作原理概述

单相至单相降压循环换流器基于电力电子开关器件的周期性通断控制，通过巧妙地切换输入交流电源与输出负载之间的连接关系，实现交流频率的转换。其核心思想是利用开关器件在不同时刻的导通与关断，选择性地截取输入交流电压的部分波形，经过重新组合后输出为目标频率的交流电。在这个过程中，无需将交流电转换为直流电，直接在交流域内完成频率变换，大大简化了能量转换流程。

三、电路结构设计

3.1 核心器件组成

单相至单相降压循环换流器主要由电力电子开关器件（如绝缘栅双极型晶体管 IGBT、金属 - 氧化物半导体场效应晶体管 MOSFET 等）、滤波元件（电感和电容）以及控制电路组成 。开关器件是实现频率转换的关键，它们按照特定的控制信号进行通断操作；滤波元件用于平滑输出电压波形，减少谐波含量，提高输出电能质量；控制电路则负责生成精确的开关控制信号，确保换流器稳定、高效运行。

3.2 典型电路拓扑

一种常见的单相至单相降压循环换流器拓扑结构由多个双向开关单元组成。每个双向开关单元可以看作是由两个单向开关器件反向并联构成，能够实现电流的双向流动。这些双向开关单元按照一定的逻辑连接，形成输入与输出之间的通路。通过合理控制各个双向开关单元的导通与关断，实现对输入交流电压的截取和重组。例如，在一个四象限运行的拓扑中，通过不同开关组合，可以使输出电压在正负半周期内灵活调整，满足各种负载特性的要求。

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