电力电子技术课件：矩阵式交流－交流变频器.ppt

*6.6矩阵式交流－交流变频器*6.6矩阵式交流－交流变频器矩阵变换器
矩阵变换器是在双向全控开关与PWM电压控制相结合的强迫换相周波变换器的基础上发展起来的，它为双侧PWM电压源整流－逆变提供了一个好的选择方案。
优点：单级变换；三相输入、三相输出的变换只需9个开关；本身具有能量双向流动的功能；输入输出是以调制频率为频率的正弦波；由于不存在直流环节的有源元件，可进行紧凑设计；输入功率因数可控与输出负载电流无关。
缺点：电压变换率限制在0.866；需要更复杂的控制和保护策略；集成在一个硅片上的可控双向高频开关尚未实用化（双向晶闸管虽然是双向的但不是全控的）。
三相－三相矩阵变换器的拓扑结构
三相－三相矩阵变换器的拓扑结构如图所示。它使用9个双向开关。概述三相矩阵变换器的开关矩阵符号*6.6矩阵式交流－交流变频器矩阵式交－交变频器的控制方法开关状态：可能的状态512种；允许的状态27种，可分为三组。对于一组给定的三相输入电压，通过采用合适的开关控制策略，可合成所需的任意一组三相输出电压，然而，不管采用什么样的开关控制策略，利用这些变换器组合可获得的输出电压仍存在实际的限制，因为输出电压的最大峰值不能大于输人电源两相间的最小电压差，为了对组合的输出电压实现完全的控制，三相参考电压和目标电压的包络线必须完全包含在三相输人电压的包络线内，如图a所示，最初的开关策略使输出电压限制在输入电压的0.5倍以内，这可通过下面的处理提高到0.866，即在所有目标输出电压中加大三次输人频率谐波电压(Vi/4)cos3ωit和从中减去如图b所示的三次输出频率的谐波电压(Vo/6)cosωot，然而在合成输出电压的过程申，增加了相当大的计算量，另外的选择是使用PWM逆变器所采用的空间矢量调制策略（SVM）,无需加人三次谐波分量，仍可以产生最大的电压变换率0.866。矩阵变换器的运行方法和控制方法
变换器在某一时刻有一输人相(A，B，C)和一输出相（a，b，c)相连，当输人和输出相连时，输出端的电压van、Vbn、Vcn与输人电压vA0、vB0、VC0的关系如下:式(2)中的开关变量矩阵为式(1)相关的转置矩阵，当输人电流是平衡的和输入电流关于输人电压同相或为任意角度时，应利用一个特殊的和适当的开关变量值的时间序列来控制矩阵变换器，从而得到三相平衡的具有所需频率和幅值的输出电压，理论上作为矩阵变换器可以在任意输出频率或输人频率包括0频率上运行，它能当做三相AC-DC整流器、DC-三相AC逆变器、Buck/BoostDC斩波器使用，因而是一个万能的电力变换。
矩阵变换器所采用的控制方法十分复杂，也处在进一步研究之中，在独立输出电压和输入电流的控制方法中，有两种方法应用十分广泛，即：
（1）venturini法基于传递函数分析的数学方法;
（2）空间矢量调制方法(在带有直流环节的PWM逆变器中已经标准化）1、Venturini法式中，调制矩阵的元素mij(t)表示在一个开关采样区间内，连接第i输出相和第j输入相的开关的占空比，元素mij(t)满足下列约束关系:式中，i，j=1,2,3,且q=Vom/Vim2、VSM法调制方法包括矢量的选择和其导通时间的计算，在每一个采样周期Ts，算法选择四个与输出电压和输入电流矢量的任意可能的组合有关的有源矢量，它们和零矢量一起构成希望的参考电压。然后计算出参考电压矢量的幅值和相角和预先确定输入电流矢量所需的相角。为了计算所选择矢量的导通时间，将这些矢量合并为两组，并使两组新的矢量在六边形中与参考电压相邻，且与参考电压矢量的方向相同。应用标准的SVM理论，可推出矢量导通时间的一般公式，在同一时间，参考输出电压与输入电流的偏移角度与矢量导通时间的一般公式为：3、控制的实现和两种方法的比较*6.6矩阵式交流－交流变频器矩阵式交－交变频器的优缺点