矩阵式变频电路

电力电子技术试题第1章电力电子器件1.电力电子器件一般工作在__开关__状态。

2.在通常情况下，电力电子器件功率损耗主要为__通态损耗__，而当器件开关频率较高时，功率损耗主要为__开关损耗__。

3.电力电子器件组成的系统，一般由__控制电路__、_驱动电路_、_主电路_三部分组成，由于电路中存在电压和电流的过冲，往往需添加_保护电路__。

4.按内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况，电力电子器件可分为_单极型器件_、_双极型器件_、_复合型器件_三类。

5.电力二极管的工作特性可概括为_承受正向电压导通，承受反相电压截止_。

6.电力二极管的主要类型有_普通二极管_、_快恢复二极管_、_肖特基二极管_。

7.肖特基二极管的开关损耗_小于_快恢复二极管的开关损耗。

8.晶闸管的基本工作特性可概括为__正向电压门极有触发则导通、反向电压则截止__。

9.对同一晶闸管，维持电流IH与擎住电流I L在数值大小上有I L__大于__IH。

10.晶闸管断态不重复电压UDSM与转折电压Ubo数值大小上应为，UDSM_大于__Ubo。

11.逆导晶闸管是将_二极管_与晶闸管_反并联_（如何连接）在同一管芯上的功率集成器件。

12.GTO的__多元集成__结构是为了便于实现门极控制关断而设计的。

13.MOSFET的漏极伏安特性中的三个区域与GTR共发射极接法时的输出特性中的三个区域有对应关系，其中前者的截止区对应后者的_截止区_、前者的饱和区对应后者的__放大区__、前者的非饱和区对应后者的_饱和区__。

14.电力MOSFET的通态电阻具有__正__温度系数。

15.IGBT 的开启电压UGE（th）随温度升高而_略有下降__，开关速度__小于__电力MOSFET 。

16.按照驱动电路加在电力电子器件控制端和公共端之间的性质，可将电力电子器件分为_电压驱动型_和_电流驱动型_两类。

17.IGBT的通态压降在1/2或1/3额定电流以下区段具有__负___温度系数，在1/2或1/3额定电流以上区段具有__正___温度系数。

矩阵式变频器原理及其电气应用前景【摘要】矩阵式变频器是一种新型的交- 交直接电力变换器，本文首先介绍矩阵式变频器的电路结构，然后简述两种主要的控制方法，最后通过其优点描述矩阵式变频器在电气工程领域的应用前景。

0 引言：矩阵变频器（Matrix Converter ）作为一种新型的交- 交直接电力变换器，在M.Venturini 及Huber.L 各自提出两种有效的开关控制策略后，其特点已为人们所关注。

和传统的交-直- 交以及相控式交-交变频器相比，它具有如下优点：（1）无中间直流环节，能量直接传递，传输效率高；（2）可获得正弦波的输入电流和输出电压，无低次谐波，高次谐波较少；（3）输入功率因数可任意调节，且与负载功率因数无关；（4）能量可双向传递，适合四象限运行的交流传动系统；（5）控制自由度大，与相控式交- 交变频相比，输出频率不受输入电源频率的限制。

1 矩阵式变频器拓扑结构：图1 所示为三相- 三相矩阵式变频器的电路结构。

该电路拓扑中含有9个双向开关（图2）S11〜S13, S21〜S23, S31〜S33;通过对这9个双向开关的逻辑控制，可实现对电源的电压和频率的变换，从而向负载提供幅值和频率可调的电压和电流。

即：对一组频率为的三相输入电压，通过一定的规则控制变频器中的功率开关，可以合成所需频率为的三相输出电压，，式中不同的变换矩阵的确定方法就是各种矩阵式变频器的控制策略。

2 矩阵式变频器的控制原理：2.1 基于开关函数的Venturini 法：对于图1所示的三相-三相矩阵式变频器，将S11〜S13, S21〜S23,S31〜S33这9个双向开关的逻辑控制看作一个3X3的矩阵函数，则输出相电压与输入相电压之间的关系可用式1 表示。

根据矩阵理论，满足式1，式2 的矩阵和有无穷个。

基于开关函数的Venturini 法就是指在给定输入电压函数、期望输出电压函数以及各种约束条件下，得出最优化的矩阵和，使矩阵变频器中相关的一组功率开关各自的占空比由一个连续函数或分段连续函数来表示，利用精确的数学表达式来确定开关的具体动作。

第3章 直流斩波电路1．简述图3-1a 所示的降压斩波电路工作原理。

答：降压斩波器的原理是：在一个控制周期中，让V 导通一段时间t on ，由电源E 向L 、R 、M 供电，在此期间，u o ＝E 。

然后使V 关断一段时间t off ，此时电感L 通过二极管VD 向R 和M 供电，u o ＝0。

一个周期内的平均电压U o ＝E t t t ⨯+offon on。

输出电压小于电源电压，起到降压的作用。

2．在图3-1a 所示的降压斩波电路中，已知E =200V ，R =10Ω，L 值极大，E M =30V ，T =50μs,t on =20μs,计算输出电压平均值U o ，输出电流平均值I o 。

解：由于L 值极大，故负载电流连续，于是输出电压平均值为U o =E T t on =5020020⨯=80(V) 输出电流平均值为I o =R E U M o -=103080-=5(A)3．在图3-1a 所示的降压斩波电路中，E =100V ， L =1mH ，R =0.5Ω，E M =10V ，采用脉宽调制控制方式，T =20μs ，当t on =5μs 时，计算输出电压平均值U o ，输出电流平均值I o ，计算输出电流的最大和最小值瞬时值并判断负载电流是否连续。

当t on =3μs 时，重新进行上述计算。

解：由题目已知条件可得：m =E E M =10010=0.1 τ=R L =5.0001.0=0.002当t on =5μs 时，有ρ=τT=0.01=τon t=0.0025由于11--ραρe e =1101.00025.0--e e =0.249>m 所以输出电流连续。

此时输出平均电压为U o =E T t on =205100⨯=25(V) 输出平均电流为I o =R E U M o -=5.01025-=30(A) 输出电流的最大和最小值瞬时值分别为I max =R E m e e ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-----ραρ11=5.01001.01101.00025.0⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-----e e =30.19(A)I min =R E m e e ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---11ραρ=5.01001.01101.00025.0⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---e e =29.81(A) 当t on =3μs 时，采用同样的方法可以得出：αρ=0.0015由于11--ραρe e =1101.0015.0--e e =0.149>m 所以输出电流仍然连续。

矩阵式交---交变频器姓名摘要：本文介绍了矩阵式变频电路及变频器的工作原理和调制策略，文中遵循理论和实际相结合的原则，对变频器的工作原理和调制策略作了详细的分析。

关键词：变频、工作原理、调制策略引言：随着电力电子技术的发展，电力电子器件从20世纪60年代的SCR（晶闸管）发展到HVIGBT（耐高压绝缘栅双极型晶体管）。

继VVVF变频之后出现了矢量控制变频、直接转矩控制变频，其共同缺点是输入功率因数低，直流回路需要耐高压大容量的储能电容，再生能量不能回馈电网。

矩阵式交—交变频能克服以上不足，近年来越来越受到人们的广泛关注。

矩阵式变频器是一种交-交直接变频器，由九个直接接于三相输入和输出之间的开关阵组成。

矩阵变换器没有中间直流环节，输出由三个电平组成，谐波含量比较小;其功率电路简单、紧凑，并可输出频率、幅值及相位可控的正弦负载电压;矩阵变换器的输入功率因数可控，可在四象限工作。

一、拓扑结构的发展矩阵变换器的电路拓扑形式在1976年由L.Gyllglli提出。

直到1979年，M.Venturini和A.Alesina[7]首先提出了由9个功率开关组成的矩阵式交—交变换器结构，并指出矩阵式变换器的输入功率因素角是可以任意调节的，但后来发现这种变换器存在固有极限，最大电压增益为0.866，并且与控制算法无关。

由于矩阵式变换器的主回路采用9个双向开关，还存在着双向开关的实现与保护问题，其难点在于开关换流时，既不能有死区又不能有交叠，否则，任何一种情况都将导致开关管的损坏。

为了实现安全换流，N.Burany提出了一种四步换流策略，可实现半软开关换流。

矩阵变换器最初提出时指的是M相输入变换到N相输出的一般化结构，因此曾被称为通用变换器。

根据M、N取值的不同及输入输出端电源性质的不同，人们提出了许多拓扑结构（1）由三相交流变换到两组直流，或者一组可变换极性的直流；（2）从三相交流变换到单相交流；（3）从单一直流变换到三相交流，也就是通常所说的逆变器；（4）由交流三相变换到交流三相，它的输入输出端之间采用双向开关互相连接，即9开关矩阵变换器，它是研究得最多的一种拓扑；（5）由交流三相变换到交流三相，但输入输出端之间采用3个全控桥进行连接，称为电压源型矩阵变换器。

试述矩阵式变须电路的基本原理和优缺点。

为什么说这种电路有较好的发展前景？矩阵式变频电路（Matrix Converter）是一种新型的交流变频电路，它的基本原理是通过一组可控开关器件将输入电压转换为所需输出电压的矩阵形式。

相比传统的单向或双向变频器，矩阵式变频电路具有一些独特的特点和优势。

基本原理：矩阵式变频电路通过一组可控开关器件（如晶闸管、IGBT等）将输入电压转换为所需的输出电压。

这些开关器件呈矩阵形式布置，能够通过适当的开关控制产生所需的输出电压波形。

通过交叉控制矩阵中的开关，可以实现任意输入电压到任意输出电压的变换，从而实现精确控制。

优点：1.双向变换：矩阵式变频电路能够实现双向的电能变换，可以将输入电压转换为所需的输出电压，同时也可以将电能从负载返回电网。

2.高效节能：矩阵式变频电路能够通过精确的开关控制，减少能量的损耗，提高能量利用效率，从而实现高效节能的功效。

3.大范围调节：矩阵式变频电路具有宽广的输入和输出电压范围，能够实现广泛的调节，适应不同负载的需求。

4.低谐波内容：矩阵式变频电路能够通过控制开关器件的触发时机，减少谐波的产生，降低对电网和负载的干扰。

缺点：1.复杂控制：矩阵式变频电路的控制策略相对复杂，需要实时计算和调整开关器件的触发时机和状态，以实现精确的电压转换。

这对于控制算法和硬件的设计提出了一定的挑战。

2.难以应对故障：矩阵式变频电路中的可控开关器件较多，一旦发生故障，需要进行准确的故障诊断和处理。

发展前景：矩阵式变频电路具有高效节能、宽范围调节、低谐波内容等优势，因此在可再生能源、电动车、电力质量控制等领域具有很好的应用前景。

随着功率电子器件技术的进步和控制算法的发展，矩阵式变频电路的性能和可靠性逐渐提升，使得这种电路具备了更广泛的应用潜力。

此外，矩阵式变频电路还可以减少电能转换过程中的中间环节，简化了电路结构，提高了整个系统的紧凑性和可靠性。

因此，矩阵式变频电路作为一种全新的变频技术，正受到越来越多的关注和研究，具有较好的发展前景。

矩阵式变频电路及变频器矩阵变频器矩阵式交---交变频器姓名摘要：本文介绍了矩阵式变频电路及变频器转述的工作原理和调制策略，文中遵循方法论和实际相结合的原则，对变频器的工作原理和调制策略作了详细的分析。

关键词：变频、工作原理、调制策略引言：随着电力电子技术的发展，电力电子器件从20世纪60年代的SCR （晶闸管）发展到HVIGBT （耐高压绝缘栅双极型晶体管）。

继VVVF 重新配置变频之后出现了矢量控制变频、直接转矩掌控变频，其共同缺点是共同输入再生制动低，直流回路需要耐高压大容量的储能电容，再生能量不能为助电网。

矩阵式交—交水冷能克服以上不足，这些年来越来越受到人们的广泛世人关注。

矩阵式变频器是一种交-交直接变频器，由九个直接接于三相输入和输出之间的开关阵组成。

矩阵外侧变换器没有下部直流环节，传输由三个电平组成，谐波含量比较小; 其功率电路简单、紧凑，并可输出频率、幅值及相位可控的正切负载相位电压; 矩阵变换器的输入功率因数可控，可在四象限工作。

一、拓扑结构的发展矩阵变换器的电路拓扑形式在1976年由L.Gyllglli 提出。

直到1979年，M.Venturini 和A.Alesina[7]首先提出了由9个功率科熠开关组成的矩阵式交—交变换器结构，并指出矩阵式变换器的输入功率因素角是可以任意调节的，但后来发现这种变换器存在固有极限，最大电压增益为0.866，并且与控制算法无关。

由于矩阵式变换器的主回路采用9个双向开关，还存在着双向开关的实现与保护问题，其难点在于开关换流时，既不能有死区又交叠不能有相联，否则，任何一种情况都将导致开关管的损坏。

为了实现安全换流，N.Burany 提出了一种四步换流策略，可实现半软开关换流。

矩阵变换器最初提出时指的是M 相输入变换到N 相输出的一般化结构中，因此不止一次被称为通用变换器。

根据M 、N 取值的不同及输入输出端电源性质的不同，人们提出了许多拓扑结构（1）由三相交流变换到两组直流，或者三套可变换极性多套的直流；（2）从三相交流变换到单相交流；（3）从单一直流变换到三相交流，也就是通常写道的逆变器；（4）由交流三相变换到交流三相，它的输入输出端之间采用双向指示灯开关互相连接，即9开关矩阵变换器，它是科学研究得最多的一种研究拓扑；（5）由交流三相变换到交流三相，但输入输出端两者之间采用3个全控桥进行连接，称为电压源型矩阵变换器。