矩阵式变换器四步换流的仿真研究

虚拟不可控整流矩阵变换器电压法四步换流策略研究黄澔【摘要】矩阵变换器(Matrix Converter)作为一种新型的交-交变频装置,具有传统交-直-交变频器不可比拟的优越性能,但是如何实现安全换流成为了限制矩阵变换器发展的一个重要因素.该文在虚拟不可控整流矩阵变换器调制策略基础上,采用基于输入电压检测法的四步换流,避免了传统四步换流的电压方向检测不准确的问题,同时将换流时长进行合理调整,节约了换流时间,从而提高了输出波形质量.【期刊名称】《工业仪表与自动化装置》【年(卷),期】2018(000)004【总页数】4页(P50-53)【关键词】矩阵变换器;四步换流;虚拟不可控整流【作者】黄澔【作者单位】西安陕鼓动力股份有限公司,西安710075【正文语种】中文【中图分类】TM460 引言矩阵变换器(Matrix Converter)作为一种新型交-交变频装置[1]，其拓扑结构如图1所示，主电路的9个双向开关(Sij，i=A,B,C；j=a,b,c)是由2个IGBT和2个二极管反并联组成，双向开关不仅能阻断双向电压，而且可以通过双向电流，因此矩阵变换器理论上可以产生任意频率的输出。

矩阵变换器以其种种优越的变换性能，如结构简单，便于集成，能量密度大，能量双向流动，输出电压频率不受限制，可调节的输入功率因数等优势弥补了传统交-直-交型变频器和传统交-交变频电路的不足，是一种新型的“绿色变频器”[2-4]。

但是，由于矩阵变换器特殊的拓扑结构，需要的电力电子元件较多，如何实现相间安全换流[1]成为了影响矩阵变换器工业化的难题之一[5]。

该文在虚拟不可控整流矩阵变换器调制策略基础上，采用基于输入电压方向检测的四步换流，同时调整了四步换流所需的时间，提高了输出波形质量。

图1 三相-三相矩阵变换器结构1 矩阵变换器运行过程中的两个基本原则矩阵变换器电路中，输出电压是由各相输入相电压合成的，没有传统交-直-交变换器中的自然续流通路，在运行时，需要将矩阵变换器的负载电流从一个输入相安全地切换至另外一个输入相，换流控制必须遵循2个基本原则[1]：原则1 输入端中的任意两相之间不能短路，避免使电压源短路造成过电流；原则2 输出端中的任意一相电路均不能断路，避免感性负载突然断路而产生过电压。

矩阵变换器的四步换流策略及其实现任永德α　谢艳辉α 摘　要　矩阵变换器是一种新型的交交变频器,它具有单位功率体积小、理想的输入输出波形、功率因素高、动态响应快等特点,近年来一直是研究的热点,本文将叙述的是矩变换器的换流问题及其人基于CPLD技术的解决方法,并给出了仿真及实际的换流和输出电压波形。

关键词　矩阵变换器　换流　CPLD一、矩阵变换器的基本结构及特点典型的矩阵变器拓扑结构如图1所示[1][2],9个双向开关排成3行3列矩阵,由9个双向开关组成3行3列的开关矩阵,它决定着矩阵变换器的换关系。

这种新型的交 交变频器具有如下特点:(1)可得到较为理想的正弦输入电流和输出电压,波形失真度小。

(2)输入功率因数可调。

(3)采用不同的调制算法可实现输出电压幅值、频率和输入功率因数的分别控制。

(4)能量可以双向传输(5)没有中间储能环节和直流环节,结构紧凑,效率高,动态响应快。

图1　三相A C-A C矩阵变换器电路拓扑结构二、双向开关的组成矩阵变换器的关键环节是双向开关,因目前尚无合适的产品,现有双向开关都是由单向开关组合而成,常见的大致有共射极串联、共集极串联、关联、桥式等4种类型。

(a)共射极串联型 (b)共集电极串联型(c)并联型双向二极管 (d)桥式型双向二极管图2串联型,包括共发射极串联型和共集电极串联型,分别见图2(a)和(b)。

这种类型需要两个功率开关和两个二极管,具有分立件少、可靠性高、电压传输比损失较小等特点。

每个功率开关、二极管均工作在两象限方式,易于分别是控制两个方向电压电流,便于解决四象限换流问题。

关联型,见图2(c)。

这种类型需要两个功率开关和两个二极管,也可以不需要二极管。

也具有分离元件少,可靠性高、电压传输比损失较小的特点。

桥式型,又称二极管嵌入型,见图2(d)。

它由一个桥式整流器和一个功率开关组成,可以应用于各种矩阵变换器中。

当开通过,表现为一个真正的交流开关。

但在换流期间会形成环流,为此必须串联大容量的电抗器,来减少环流。

矩阵变换器的四步换流法及硬件实现
关柏利;刘洪臣;徐殿国;王立国
【期刊名称】《节能技术》
【年(卷),期】2004(022)001
【摘要】研制矩阵式变换器样流的拓扑结构及工作原理的基础上,利用了Lattice 公司制造的在系统可编程逻辑器件--ispLSI1032E-70L来实现四步换流逻辑电路,在Synario软件环境下,经过仿真和所研制的样机的实验,证明了该方法的正确性.【总页数】3页(P22-23,25)
【作者】关柏利;刘洪臣;徐殿国;王立国
【作者单位】哈尔滨工业大学电气工程系,哈尔滨,150001;哈尔滨工业大学电气工程系,哈尔滨,150001;哈尔滨工业大学电气工程系,哈尔滨,150001;哈尔滨工业大学电气工程系,哈尔滨,150001
【正文语种】中文
【中图分类】TM921.4
【相关文献】
1.虚拟不可控整流矩阵变换器电压法四步换流策略研究 [J], 黄澔
2.矩阵式变换器四步换流策略的实现及其HATLAB仿真 [J], 吴炳娇
3.矩阵式变换器四步换流的研究及其实现 [J], 杨苹;吕学瑜;郑木桂;刘胜荣
4.矩阵变换器的四步换流策略及其实现 [J], 任永德;谢艳辉
5.矩阵变换器双电压法四步换流策略的改进 [J], 马星河;谭国俊;方永丽;汪旭东;袁世鹰
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矩阵变流器的控制策略研究韩竺秦【摘要】矩阵变流器的拓扑结构采取一个整流级连接逆变级,中间直流环节没有体积庞大的储能环节,使系统具有较高的功率密度、较高的功率因数和良好的输入输出波形.对基于间接矩阵变流器的调制策略进行了深入的研究.采用空间矢量调制策略对整流级和逆变级进行了调制.仿真验证了控制策略的正确性.【期刊名称】《电气传动自动化》【年(卷),期】2013(035)006【总页数】6页(P1-5,10)【关键词】矩阵变流器;空间矢量调制;虚拟整流;虚拟逆变【作者】韩竺秦【作者单位】韶关学院物理与机电工程学院,广东韶关512005【正文语种】中文【中图分类】TM9211 引言目前的交流变频调速系统、电力系统大多都采用不控整流或传统PWM交-直-交电压型电力变流器，导致交流侧电压和电流波形很差，功率因数低，这对于发电机组的稳定运行极为不利。

目前，矩阵式变流器在中高压变频调速、电力系统无功补偿和风力发电等领域得到了广泛研究。

矩阵式变流器无中间直流环节，结构紧凑、体积小、效率高，便于实现模块化。

降低生产成本的需求促使新型的电力变换器来替代原有的传统电力变换器,而矩阵式变换器正是适应这种全新要求的电力装置。

2 矩阵式变换器原理分析矩阵式变换器是一种直接AC-AC变换器［2］。

它能实现能量的双向流动，矩阵式变换器中的开关器件在关断状态下承受的电压可能是反向的，也可能是正向的，所以，开关器件一定要采用双向开关器件［1］。

三相-三相交流矩阵式变换器中的每个双向开关可用开关函数Sij表示，定义如式（1）。

矩阵式变换器在运行过程中必须满足三相输入端中任意两相之间不能短路，避免使电压源短路造成过电流；三相输出端任意一相不能开路，函数表示为式（2）。

在矩阵式变换器电路中，没有续流二极管，没有电流的自然续流通路，使得开关器件直接的换流比传统的背靠背变频器困难。

矩阵式变换器的换流控制，必须严格遵守上面提到的两个条件。

基于电流方向检测的四步换流策略得到广泛的应用，从双向Sa切换到双向开关Sb。

基于四步换流策略的矩阵整流器的研究摘要：本文在分析比较几种换流策略的基础上，着重分析四步换流策略的优点及其安全性，并利用基于空间矢量法的四步换流策略的矩阵整流器的仿真模型，通过matlab/simulink7.0软件进行仿真。

仿真结果表明基于四步换流策略的矩阵整流器输出的电压所含谐波成分较少，畸变较小，特别在处理电流过零点的脉冲信号，四步换流策略更能做到安全换流。

基于该理论分析和仿真结果，采用可编程逻辑器件（cpld）实现，硬件电路实现结果验证了理论分析和仿真结果的正确性。

abstract： the paper analyzed and compared several commutation strategies， especially the four-step commucation strategy. then， it had been simulated by the matrix rectifier model based on space vector method in the software of matlab/simulink7.0. the results show that by using four-steps commutation strategy， the output voltage of matrix rectifier owned lower harmonic components and small distortion. it is succeed in safety current converter particularly in the procession of zero current. because of those theorists， the hardware circuit which adopted programmable logic device also proved the theoretical analysis and the simulation results are right.关键词：矩阵整流器；空间矢量调制；四步换流策略；可编程逻辑器件key words： matrix rectifier；space vector modulation；four-steps commutation strategy；programmable logic device 中图分类号：tm46 文献标识码：a 文章编号：1006-4311（2013）07-0026-030 引言矩阵整流器是一种比较新型的通用降压型三相ac-dc变换器，具有能够实现四象限运行，功率密度大，以及提供正弦的输入电压和输入电流，输入功率因数可调等优点[1-4]，吸引了越来越多研究者的关注。

基于SiC JFET的矩阵变换器仿真王莉娜;刘丹丹【摘要】Modeling of SiC JFET-based matrix converter(MC)is explored in Saber. Firstly,method of parameter extraction and modeling of normally-on SiC JFETs was introduced. Then a new bidirectional switch structure was proposed,which could overcome the drawbacks of normally-on SiC JFETs that short circuits were prone to happen at the moment of powerup and under the condition of auxiliary power supply failure. Based on the proposed bidirectional switch structure,the main circuit of 3×3 matrix converter was built in Saber. Then,double space vector modulation of matrix converter was realized with the MAST language. Considering the time difference between turn-on and turn-off of normally-on SiC JFET,an optimized four-step commutation strategy was used,which improved the quality of output waveform. Finally,simulation results demonstrate the validity and reliability of the proposed model and optimized four-step commutation strategy.%在Saber中研究基于SiC JFET的矩阵变换器建模仿真。