具有高传输比的矩阵变换器结构研究.pdf

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1、变流技术《电气自动化)2010年第32卷第2期具有高传输比的矩阵变换器结构研究六ResearchofNewTopologyofMatrixConverterwithHighVoltageTransferRatio华东理工大学自动化系(上海200237)万衡陈王耀陈文博陈庆安(DepartmentofAutomation,EastChinaUniversityofScienceandTechnology,Shanghai200237,China)WanHengChenWangyaoChenWenbo

2、ChenQin’an摘要:矩阵式交一交变频器具有无中间直流环节,可以任意调频,能量双向流动的诸多优点。但目前的矩阵变换器电压传输比多数只能达到0.866,限制了实用化进程。该文设计的泵式矩阵变换器结构,可以任意调节矩阵式变换器的传输比,从机理上解决了矩阵式变换器的传输比低的问题。关键词:矩阵式变换器电压传输比Abstract:ThereisnointermediumDClinkinmatrixconve~er,whichcanarbitrarityadjustamplitudeandfrequen

3、cy,energycanflowinbothdirections.Butbecauseofthecomplexityofitsdesignandvoltagetransferratioislimitedto0.866,matrixconvenertheoryisstillinR&Dstage.Inthispaper.wecanobtainvariablevoltagetransferratiowithnewtopology.SOastosolvetheproblemoflowratio.Keywo

4、rds:matrixconvenervoltagetransferratio【中图分类号]TM46【文献标识码]A【文章编号】1000—3886(2010)02—0007—041引言‘—1=—一。、,。●矩阵式变换器是电力电子领域的研究热点,其没有中Cw{jis间直流环节,直接变频,功率因数可调,省去了笨重而昂贵J_ql.f/的中间直流环节,大大提高了功率密度,成为下一代电力变、l换器的发展方向,而经典矩阵式变换器的电压传输比最大

5、/

6、~只能达到0.866t1。文献[2]提出的一种采用单向开关的由

7、、、nrmAC/DC变换和DC/AC变换串接而成的变换器,其控制策■厂,—n略为空间矢量法,在适当牺牲输入电流波形和电网侧功率因素的前提下,提高了电压传输比,传输比也只能达到Ⅲ0.89。由此可见,在现有矩阵变换器的拓扑结构下,电压传输比是始终小于l的,成为矩阵变换器实用化进程中的一图1三相泵式矩阵式变换器的基本拓扑结构图能更明确地说明其工作原理,并不表示其各部分的工作过程是相个重大瓶颈问题。所以只有突破原有矩阵变换器拓扑结构并采取对应的调制策略,才能进一步提高电压传输比,使其能够达到和超过互孤立的

8、。1)在时间t内,S。,S。¨So导通,电感L1“,Lt,厶电流上1,符合工程实用化的要求。本文建立的“泵”式矩阵式变换器拓扑结升,电容C⋯C。,C.作为矩阵式变换器的电源。构和对应的调制策略,提高了电压传输比,从原理结构上解决了这2)在时间t内,SoSSo截止,电感厶,-,厶释放能一问题。量,电源和电感串联对电容C。,C。,Ct充电,所以适当的选择2泵式矩阵式变换器的基本原理t,可以使得充电电容电压大于电源电压,从而实现电压提升。而2.1泵式矩阵式变换器的基本结构s全都导通,可以等效为3根导线,

9、负载侧感性负载续流。泵式矩阵式变换器的基本拓扑结构如图1所示,(=f这一过程,如同一个与往复式机械“泵”机理相似,并与经典}——输入的相数,={a,b,C}——输出的相数)和,So,SoW的矩阵变换器拓扑结构结合,将高频升压与斩波调制协调配合,可均为功率开关器件。其中为由二个IGBT器件反向并联构成的双以实现电压传输比双向调节和总电压传输比大于1。向导通功率开关器件j。2.2泵式矩阵式变换器的控制策略按其功能,可分为两部分,一部分是电压传输比调节电路,另一部分为波形调制变换电路;就其在控制电压传输

10、比中的作用而定义以下开关函数:={:霁羹言,前者又可以分成升压回路和降压回路。不同的划分只是为了在时间t中,开关满足以下条件S。+S+S=1(1)女基金项目:本课题受上海市科技攻关项目资助,项目编号09ll1100402ElectricaIAutomationl7《电气自动化}2010年第32卷第2期一变流技术一ConverterTechniques对于一个实际系统来说,输入电压和所需要输出电流是已知uv=Uim:厶廿厶cos(03ot-~0)㈦SH其中,、为输入电压和输出电流的幅

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