矩阵式变换器安全换流策略研究

《矩阵式变换器安全换流策略研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、矩阵式变换器安全换流策略研究

2、第1内容加载中...摘要：本文对矩阵式变换器的开关换流进行了分析，论述了四步换流策略的正确性和可靠性，并通过CPLD加以实现。仿真和实验结果表明四步换流策略可以使矩阵变换器中的双向开关换流安全可靠地进行。引言目前广泛使用的交流变频器一般采用“交－直－交”形式，这种传统的变频器存在许多难以解决的问题；而矩阵式变换器采用“交－交”方式，能够直接将交流变换成电压和频率都可以控制的交流。与传统技术相比，矩阵式变流器的网侧功率因数理论上可达1，可自然实现能量反馈，而且无需较大的直流支撑电容，是一项具有环保、节能优势的新技术。在矩阵变换器中，由于采用单向自关断器件组成双向开关

3、，没有自然换流通路，因而如何安全可靠地实现器件间的换流是完成矩阵变换器技术的关键之一。本文对矩阵变换器中器件换流问题进行了研究和实验，采用四步换流策略，应用Xilinx公司的CPLD器件XC95144及其开发软件Foundation，完成了四步换流。仿真和实验结果验证了这一方案的正确性和可靠性。500)this.style.ouseg(this)">图1　　矩阵式变换器安全换流策略研究

4、第1内容加载中...摘要：本文对矩阵式变换器的开关换流进行了分析，论述了四步换流策略的正确性和可靠性，并通过CPLD加以实现。仿真和实验结果表明四步换流策略可以使矩阵变换器中的双向开关换流安全可靠地进行。引言目

5、前广泛使用的交流变频器一般采用“交－直－交”形式，这种传统的变频器存在许多难以解决的问题；而矩阵式变换器采用“交－交”方式，能够直接将交流变换成电压和频率都可以控制的交流。与传统技术相比，矩阵式变流器的网侧功率因数理论上可达1，可自然实现能量反馈，而且无需较大的直流支撑电容，是一项具有环保、节能优势的新技术。在矩阵变换器中，由于采用单向自关断器件组成双向开关，没有自然换流通路，因而如何安全可靠地实现器件间的换流是完成矩阵变换器技术的关键之一。本文对矩阵变换器中器件换流问题进行了研究和实验，采用四步换流策略，应用Xilinx公司的CPLD器件XC95144及其开发软件Foundation，完成了

6、四步换流。仿真和实验结果验证了这一方案的正确性和可靠性。500)this.style.ouseg(this)">图1矩阵式变换器主电路500)this.style.ouseg(this)">图2两相－单相矩阵变换器简单示意图500)this.style.ouseg(this)">图3换流状态示意图500)this.style.ouseg(this)">图4CPLD控制部分功能图500)this.style.ouseg(this)">图5输出U相六个开关仿真波形500)this.style.ouseg(this)">图6四步换流实测波形500)this.style.ouseg(this)">图7

7、上半图为输出电流波形(2A/div，5ms/矩阵式变换器四步换流策略矩阵式变换器由九个双向开关管组成，电路采用矩阵形式连接，如图1所示，任一时刻每输出相有且只有一个开关导通。矩阵式变换器中双向开关管间的可靠换流因没有自然通路而比传统变频器困难的多。换流主要基于以下两个原则：第一个原则是同一时刻不能有两个开关管同时导通，这样将引起输入相短路，产生的尖峰电流将损坏变换器；第二个原则是在任一时刻每一输出相开关管不能全部关断，这样感性负载电流将没有通路，会引起尖峰电压。四步换流策略遵守了以上两个原则，可以实现可靠换流。图2所示为两相—单相简单矩阵变换器电路示意图。在最初稳定状态时双向开关SAa处于导通

8、状态，双向开关SBa处于关断状态,如图3所示，“1”表示开关管处于导通状态。现在假设电流要从SAa管换到SBa管，负载电流方向如图2所示，即iL>0。四步换流第一步就是要关断处于导通状态的双向开关中不流过电流的那个管子，因此第一步关断SAa2管；第二步开通要换流到的双向开关中要通过电流的管子，在本例中根据负载电流方向，SBa1管将通过电流，所以第二步开通SBa1管；第三步，将SAa1管关断；第四步导通SBa2管。这样经过以上四步换流，双向开关SAa完全关断，双向开关SBa完全导通，使电流从SAa换到SBa。这一换流过程如图3所示。同理,当负载电流反向，即iL<0时，如果电流仍从双向

9、开关SAa换到SBa，四步换流过程可以表示为第一步SAa1管关断；第二步SBa2管导通；第三步SAa2管关断；第四步SBa2导通管。这种换流方法不会引起输入侧短路和负载输出侧开路，而且这种开关方式能够有效减少器件近50%的开关损耗，因此四步换流策略可以确保矩阵式变换器安全可靠地换流。四步换流策略的实现四步换流策略必须按照时序一步步完成，复杂可编程逻辑器件CPLD就可以很好地实现。本文采用的是Xil