AC-AC(交流轉(zhuǎn)交流)轉(zhuǎn)換器用于將具有一個(gè)特定頻率和幅度的AC波形轉(zhuǎn)換為具有另一頻率的另一幅度的AC波形。這種轉(zhuǎn)換主要在機(jī)器速度控制的情況下需要，對于低頻和可變電壓幅度應(yīng)用也是如此。

眾所周知，目前有不同類型的負(fù)載與不同類型的電源(如單相、三相電源)一起工作，并且電源也可以根據(jù)電壓和頻率范圍進(jìn)行區(qū)分。

什么是AC-AC轉(zhuǎn)換器?

某些情況下，需要特定的電壓和特定的頻率來操作一些特殊的設(shè)備或機(jī)器。對于感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的速度控制，主要使用AC-AC轉(zhuǎn)換器(循環(huán)轉(zhuǎn)換器)。為了從實(shí)際電源中獲得所需的交流電源，這時(shí)候就需要一些稱為AC-AC轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換設(shè)備。

因此AC-AC轉(zhuǎn)換器就是把一種形式的交流電變換成另一種形式的交流電，可以是電壓幅值的變換、頻率或相數(shù)的變換。

AC-AC轉(zhuǎn)換器類型

AC到AC轉(zhuǎn)換器可以不同的使用需求分為不同的類型，主要包括以下幾大類：

循環(huán)轉(zhuǎn)換器(Cycl Converters)

帶直流鏈路的交流到交流轉(zhuǎn)換器(DC link Converters)

矩陣轉(zhuǎn)換器(Matrix Converters)

混合矩陣轉(zhuǎn)換器(Hybrid Matrix Converters)

1、循環(huán)轉(zhuǎn)換器

循環(huán)轉(zhuǎn)換器一般被稱為變頻器，它將具有一種輸入頻率的交流電源轉(zhuǎn)換為具有不同輸出頻率的交流電源，也可用于改變交流電源的大小。為了避免直流鏈路和過多階段，循環(huán)轉(zhuǎn)換器是首選。如果是AC-DC-AC，不但不便宜，并且會導(dǎo)致更多損失。

上圖顯示了循環(huán)轉(zhuǎn)換器的工作原理，其中輸入波頻率通過改變施加到晶閘管的觸發(fā)角而改變。通過切換正負(fù)橋臂晶閘管，可以獲得可變的輸出頻率，與輸入頻率相比，它可以是升壓或降壓頻率。

循環(huán)轉(zhuǎn)換器根據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)分為不同的類型。一般情況下，循環(huán)轉(zhuǎn)換器主要由兩個(gè)分支組成，即正分支也稱為正轉(zhuǎn)換器和負(fù)分支也稱為負(fù)轉(zhuǎn)換器。正分支在正半周期內(nèi)運(yùn)行，負(fù)分支在負(fù)半周期內(nèi)運(yùn)行。

基于操作模式的循環(huán)轉(zhuǎn)換器

閉鎖模式循環(huán)轉(zhuǎn)換器;這些循環(huán)轉(zhuǎn)換器不需要任何限制反應(yīng)器，因?yàn)樵谶@種模式下，一次只有一個(gè)分支(正或負(fù)分支)導(dǎo)電，而另一分支被阻塞。因此，這也被稱為阻塞模式循環(huán)轉(zhuǎn)換器。

循環(huán)電流模式循環(huán)轉(zhuǎn)換器;這些循環(huán)轉(zhuǎn)換器需要限制電抗器，因?yàn)檎龢O和負(fù)極同時(shí)導(dǎo)通，因此放置了一個(gè)電抗器來限制循環(huán)電流。由于兩臂同時(shí)導(dǎo)通，系統(tǒng)中會產(chǎn)生環(huán)流，故稱為循環(huán)電流式轉(zhuǎn)換器。

基于輸出電壓相數(shù)的循環(huán)轉(zhuǎn)換器分類

1-?到1-?相位循環(huán)轉(zhuǎn)換器;該循環(huán)轉(zhuǎn)換器將具有輸入頻率和t幅度的單相交流波形轉(zhuǎn)換為具有不同幅度和頻率的輸出交流波形。

3-?到1-?相位循環(huán)轉(zhuǎn)換器;該循環(huán)轉(zhuǎn)換器具有具有輸入頻率和幅度的三相交流電源，并以具有不同輸出頻率或幅度的單相交流波形產(chǎn)生輸出。

3-?到3-?相位循環(huán)轉(zhuǎn)換器;該循環(huán)轉(zhuǎn)換器具有具有輸入頻率和幅度的三相交流電源，并以具有不同輸出頻率或幅度的三相交流波形產(chǎn)生輸出。

基于正、負(fù)分支發(fā)射角的循環(huán)轉(zhuǎn)換器分類

信封循環(huán)轉(zhuǎn)換器;在這種類型的循環(huán)轉(zhuǎn)換器中，在正半周期間，正半周和負(fù)半周的觸發(fā)角都是固定的。對于正轉(zhuǎn)換器，觸發(fā)角設(shè)置α=0°，在負(fù)半周期間，觸發(fā)角設(shè)置α=180°。類似地，對于負(fù)轉(zhuǎn)換器，觸發(fā)角設(shè)置α=180°，在正半周期間，在負(fù)半周期間，觸發(fā)角設(shè)置α=0°。

相控循環(huán)轉(zhuǎn)換器;通過使用這種類型的循環(huán)轉(zhuǎn)換器，除了輸出頻率之外，還可以改變輸出電壓的幅度。兩者都可以通過改變轉(zhuǎn)換器的觸發(fā)角來改變。

2、帶有直流鏈路的DC-DC轉(zhuǎn)換器

具有直流鏈路的DC-DC轉(zhuǎn)換器通常由整流器、直流鏈路和逆變器組成，因?yàn)樵诖诉^程中，交流通過使用整流器轉(zhuǎn)換為直流。轉(zhuǎn)換成直流電后，直流環(huán)節(jié)用來儲存直流電，然后再通過逆變器轉(zhuǎn)換成交流電。帶有DC鏈路的AC-AC轉(zhuǎn)換器分為兩種類型，下面依次介紹下。

電流源逆變器

在這種類型的逆變器中，在整流器和逆變器之間的連接的一個(gè)或兩個(gè)分支之間使用一個(gè)或兩個(gè)串聯(lián)電感。這里使用的整流器是像晶閘管橋這樣的相控開關(guān)器件。

電壓源逆變器

在這種類型的轉(zhuǎn)換器中，直流鏈路由一個(gè)并聯(lián)電容器組成，整流器由一個(gè)二極管橋組成。對于低負(fù)載，二極管橋式電路是首選，因?yàn)槎O管橋式電路引起的交流線路失真和低功率因數(shù)小于晶閘管橋式電路。

但是，不建議將帶有DC鏈路的AC-AC轉(zhuǎn)換器用于高額定功率，因?yàn)镈C鏈路無源組件所需的容量會隨著額定功率的增加而增加。為了存儲高功率，需要高直流存儲體積龐大的無源元件，這些無源元件既不經(jīng)濟(jì)又不高效，因?yàn)閷⒔涣鬓D(zhuǎn)換為直流和直流轉(zhuǎn)換為交流過程的損耗也會增加。

3、矩陣轉(zhuǎn)換器

矩陣轉(zhuǎn)換器用于將交流電直接轉(zhuǎn)換為交流電，無需使用任何直流鏈路，通過降低直流鏈路存儲元件的成本和損耗來提高系統(tǒng)的可靠性和效率。矩陣轉(zhuǎn)換器由目前幾乎不存在但可以通過使用IGBT實(shí)現(xiàn)的雙向開關(guān)組成，這些雙向開關(guān)能夠?qū)娏骱妥钄鄡蓚€(gè)極性的電壓。

矩陣轉(zhuǎn)換器可以根據(jù)使用的組件數(shù)量分為不同的類型。

稀疏矩陣轉(zhuǎn)換器

稀疏矩陣變換器的功能與直接矩陣變換器相同，但這里所需的開關(guān)數(shù)量比直接矩陣變換器少，因此可以通過降低控制復(fù)雜度來提高系統(tǒng)的可靠性。稀疏矩陣轉(zhuǎn)換器需要18個(gè)二極管、15個(gè)晶體管和7個(gè)隔離驅(qū)動(dòng)器電位。

非常稀疏的矩陣轉(zhuǎn)換器

與稀疏矩陣轉(zhuǎn)換器相比，非常稀疏的矩陣轉(zhuǎn)換器的二極管數(shù)量隨著晶體管數(shù)量的減少而增加，因此，由于二極管數(shù)量更多，導(dǎo)通損耗較高。非常稀疏矩陣轉(zhuǎn)換器的功能類似于稀疏/直接矩陣轉(zhuǎn)換器。

一個(gè)非常稀疏的矩陣轉(zhuǎn)換器需要30個(gè)二極管、12個(gè)晶體管和10個(gè)隔離驅(qū)動(dòng)器電位。

超稀疏矩陣轉(zhuǎn)換器

這些用于低動(dòng)態(tài)的變速驅(qū)動(dòng)器，因?yàn)樵撧D(zhuǎn)換器的輸入級是單向的，輸入電流基波和輸入電壓之間存在允許的相位偏移。同樣，對于輸出電壓基波和輸出電流為30°，因此它們主要用于低動(dòng)態(tài)的變速PSM驅(qū)動(dòng)器。

超稀疏矩陣轉(zhuǎn)換器需要12個(gè)二極管、9 個(gè)晶體管和7個(gè)隔離驅(qū)動(dòng)器電位。

4、混合矩陣轉(zhuǎn)換器

AC/DC/AC轉(zhuǎn)換矩陣轉(zhuǎn)換器稱為混合矩陣轉(zhuǎn)換器，與矩陣轉(zhuǎn)換器類似，這些混合轉(zhuǎn)換器也不使用任何電容器或電感器或直流鏈路。根據(jù)轉(zhuǎn)換所用的級數(shù)，它們再次分為兩種類型，如果電壓和電流都在一個(gè)階段進(jìn)行轉(zhuǎn)換，則該轉(zhuǎn)換器可以稱為混合直接矩陣轉(zhuǎn)換器。如果電壓和電流在兩個(gè)不同的階段進(jìn)行轉(zhuǎn)換，則該轉(zhuǎn)換器可以稱為混合間接矩陣轉(zhuǎn)換器。

應(yīng)用示例：使用晶閘管的循環(huán)轉(zhuǎn)換器

循環(huán)轉(zhuǎn)換器主要是關(guān)于通過使用帶有晶閘管的循環(huán)轉(zhuǎn)換器技術(shù)來控制單相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的速度。感應(yīng)電機(jī)是恒速電機(jī)，經(jīng)常用于許多家用電器，如洗衣機(jī)、水泵和真空吸塵器。

該電路由連接到微控制器的電源系統(tǒng)(帶有變壓器、整流器和將交流電轉(zhuǎn)換為直流電的穩(wěn)壓器)組成，交流電源保持在循環(huán)轉(zhuǎn)換器上。微控制器與光隔離器和模式選擇相連，而循環(huán)變流器與電機(jī)相連，電路圖如下所示：

感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的速度可以分三個(gè)階段變化，即 F、F/2和F/3。微控制器與滑動(dòng)開關(guān)相連，這些開關(guān)的狀態(tài)可以改變，以便微控制器將適當(dāng)?shù)挠|發(fā)脈沖提供給循環(huán)變流器晶閘管雙橋。隨著觸發(fā)脈沖的變化，循環(huán)變流器的輸出波形頻率可以改變。這樣就可以實(shí)現(xiàn)單相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的速度控制。

總結(jié)

以上就是關(guān)于一些 AC-AC 轉(zhuǎn)換器的類別及工作原理的相關(guān)內(nèi)容介紹，這些轉(zhuǎn)換器大多出現(xiàn)在與電力電子控制應(yīng)用相關(guān)的大功率轉(zhuǎn)換設(shè)備中。