矩阵式单相电源变换技术

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1、矩阵式单相电源变换技术

2、第1内容加载中...摘要:本文提出了一种矩阵式单相电源变换技术，并分析了其工作原理，给出了一种安全的换流策略。仿真结果表明这种变换器输出电压在宽范围内连续可调，而且具有高正弦度的输入电流波形。关键词:矩阵式电源变换安全换流策略1前言单相交流电源在许多方面应用是非常广泛的，比如在农村、轻工业、家用电器等小功率传动领域以及电力机车供电系统。对于单相交流电源，调压和稳压是最为普遍的要求。能够实现这些的装置一般有下面三种调压器：磁饱和式调压器、机械式调压器、电子式调压器。电子式调压器采用电力电子器件实现。目前有晶闸管调压器和逆变式调压器两种。晶闸管调压器采

3、用的是相控方式，因此其输出波形差；逆变式调压器采用的是斩控式方式，其输出波形和动态响应较好。从上面可知，逆变式电子调压器具有最好的性能。逆变式电子调压器的结构不仅具有调压、稳压的能力，而且还可以实现频率的变换。然而，该结构具有中间直流环节，有两次能量的转化，因此，使用储能电容和转换效率低是它的不足。随着现代电力电子技术的发展，单相电源变换技术也有了很大的进步，先后出现了多种利用全控器件的交交直接变换方案。例如Han-法。不失一般性，令输出目标函数为500)this.style.ouseg(this)">设电源电压为500)this.style.ouseg(this)">，

4、则期望输出电压为500)this.style.ouseg(this)">其中，500)this.style.ouseg(this)">与500)this.style.ouseg(this)">分别为500)this.style.ouseg(this)">与500)this.style.ouseg(this)">的有效值，可得开关函数矩阵500)this.style.ouseg(this)">，500)this.style.ouseg(this)">500)this.style.ouseg(this)">其中，500)this.style.ouseg(this)">代表对应

5、双向可控开关的瞬时占空比，500)this.style.ouseg(this)">，500)this.style.ouseg(this)">，500)this.style.ouseg(this)">，500)this.style.ouseg(this)">与500)this.style.ouseg(this)">为电压变比，500)this.style.ouseg(this)">。注意当输入电压过零时，开关函数不再收敛，需要利用L’hospital法则处理。这种控制方法有以下优点：（1）500)this.style.ouseg(this)">与500)this.style

6、.ouseg(this)">独立可调，则输出电压范围扩大；（2）开关利用率大大增强；（3）三次谐波注入P、开关损耗最小P、基于开关函数SVP等方法能够直接采用。通过对上述变换器拓扑的分析，对于单相输出可以简化电路的结构。将双向开关4QS—S22短接、4QS—S12开路。3简化的矩阵式单相电源变换器简化后的单相电源变换电路如图2所示。其工作原理为：利用固定占空比的P脉冲波驱动SB1，将等宽的电源脉冲电压施加到变压器的原边，同时利用上述P脉冲的补脉冲驱动SB2，实现变压器的原边电流续流。只要输出滤波器参数设计合理，就可以得到高正弦度的输出电压波形，开关频率越高效果越好。上述S

7、B1与SB2之间的换流方式由一步完成，称一步换流方式。由图2，这种变换器的设计难点在于双向可控开关SB1与SB2之间的是否能够安全切换。因为开关非理想特性，在二者之间换流时存在电源直通与变压器原边开路的可能性，而这两点是不期望的。为此必须在二者切换时采取安全换流策略，下面给出一种四步换流方式。这是一种根据电源电压极性而确定的换流方式。根据电源电压极性的不同将一个电源电压周期划分为两个扇区，电源电压正极性时定为扇区1，电源电压负极性时定为扇区2。扇区1内开关动作规则：1．预备Q2、Q4（SB1）断，Q1、Q3（SB2）断，得到工作状态：等待，得到开关状态：Q2、Q4断，Q1

8、、Q3断；2．正半周电源电压开始开始工作，首先按照期望开关周期与占空比开通Q1和Q3，得到工作状态：供电，得到开关状态：Q2、Q4断，Q1、Q3通。3．由供电状态切换到续流状态Q4开通，延时；Q1关断，延时；Q2开通，延时；Q3关断，得到工作状态：续流，得到开关状态：Q2、Q4通，Q1、Q3断。4．由续流状态切换到供电状态Q3开通，延时；Q2关断，延时；Q1开通，延时；Q4关断，得到工作状态：供电，得到开关状态：Q2、Q4断，Q1、Q3通。扇区2内开关动作规则：1．预备Q2、Q4（即SB1）关断，Q1、Q3（即SB2）开通，得