机电调速体系的探究
所提出的电机调速系统的电路结构所提出的三相电流型
Z 源交流调压器电机调速系统
如所示。它们仅应用了两个有源器件（
S 1 和 S 2），每一个器件和一个二极管全桥连接，构
成三相交流电力电子开关。它们都包含一个
Z 源网络，采用独特的 LC 网络来提供升/降压功
能。它们的工作原理是相同的，本文仅以
a 为例来分析它们的输入和输出之间的关系以及电
路的特性等。
输入交流电流源可以由交流电压源串联一个合适的电感来得到。和传统的斩控式交流调
压器一样，所提出的
Z 源交流调压器可以工作在 PWM 占空比控制方式下。通过控制交流电
力电子开关的占空比，可以达到任意的输出电压。因为有
Z 源网络的存在，当两个电力电子
开关
)同时导通或关断时，不会造成两个电力电子器件的损坏。
3 系统的工作原理因为交流电力电子开关的工作频率远远高于输入电压的频率，在一
个开关周期内，可以将输入电压看作定值，电机可以用电阻和电感的串联来等效。因此，可
以得到对应于两个电路状态的等效电路，如所示。状态
1：开关 S
因为
Z 源网络的电感和电容器具有相同的电感量和电容量，三相 Z 源网络变为对称性
网络。假设负载是对称的，并且
（
1）在状态 1，双向电力电子开关 S 1 导通，S 2 关断，变换器工作在该状态的时间为
DT，其中 D 是开关 S 1 的占空比，T 是开关周期。因而 3 1 2 1 3 2 C L C L C i
（
2）在状态 2，双向电力电子开关 S 1 关断，S 2 导通，变换器工作在该状态的时间为
（
1？D）T，如所示。因而
（
3）Z 源网络电容器电压的平均值在一个电源周期内应当为 0 显然，通过控制开关占
空比
D，所提出的交流变换器的电流可以被升高或降低。电流增益关于占空比的关系如所示。
假定输入侧功率因数为
1，负载侧功率因数为 cos？，并且所有的器件都是理想的，因而输
入和输出的有功功率相等
s s o o 3 cos 2 U I=或 2 o s o 3 1 cos 1 cos U I D U I D
（
6）式中，U o 和 U s 分别是输出和输入相电压的幅值。
当
cos=1 时电压增益关于占空比的关系如所示。实际的曲线应当位于图中曲线的上方，
因为
cos？总小于 1.从图中可以清楚的看到：当 D＞0.5 时，电压增益较大，变换器工作在
升压式模式；当
D＜0.5 时，电压增益较小，变换器工作在降压式模式。
对于这种电流型的
Z 源变流器，其 Z 源网络电感的电感量相对较大，电容器的电容量
相对较小，当然由于开关频率远高于电源频率，
Z 源网络需要的元件参数并不大。
4 仿真和实验结果为了验证理论分析的正确性，进行了仿真和实验。仿真结果如所示。
为了更清楚的看到输出电压的情况，在输出侧加装了滤波器，其截止频率为
1kHz.交流输
入 相 电 压 为
220V （ 有 效 值 ） ， 输 入 侧 电 感 的 电 感 量 为 2mH ， Z 源 网 络 参 数 为 ：
L=2mH，C=10μF.开关频率为 10kHz.在 D=0.2 和 D=0.8 两种条件下进行了仿真，仿真结果
与上述理论分析结果非常一致。实验结果如所示，实验结果也证实了理论分析的正确性。
5 结论本文提出一种阻抗源功率变换器，可以实现交流-交流功率变换。它应用了独特的
阻抗源网络，将变换器主电路与电源耦合在一起，因而提供了传统的交流变换器没有的独
特特性。它可以升
/降压，减少元器件数目，降低系统成本。