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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。
CPLD控制器在四步换流中的应用【摘要】本文采用CPLD开关序列器来实现矩阵变换器的四步换流，具体仪器是采用了DP-Altera综合仿真试验仪。
本文介绍DP-Altera综合仿真试验仪以及如何采用CPLD来实现四步换流，并用MAX+plusII 10.0软件对其进行软件仿真，最后将产生的逻辑烧入DP-Altera综合仿真试验仪的CPLD控制器中实现对开关矩阵的四步换流控制。
【关键词】CPLD;四步换流;矩阵变换器;软件仿真Abstract：This paper adopts CPLD switching sequence for matrix converter four step commutation，specific instrument is the use of the DP-Altera integrated simulationtester.This paper introduces DP-Altera integrated simulation tester and how to use CPLD to achieve the four step commutation，and carries on the simulation software by using MAX+plusII 10 software，the realization of the switch matrix of four step commutation control CPLD controller will finally produce logic burned into the DP-Alteraintegrated simulation of test meter.Keywords：CPLD;four step commutation;matrix converter;simulation software一、CPLD的介绍DP-Altera综合仿真试验仪采用了Altera公司的EPM7128S系列CPLD作为目标CPLD。
优化矩阵变换器输入输出性能的控制策略研究
刘青;谭国俊;马星河;吴小兰
【期刊名称】《电气传动》
【年(卷),期】2008(38)9
【摘要】双向开关的换流是实现矩阵变换器的关键,但由于器件的固有开关时间以及驱动电路延时的个体差异,两个开关间的换流不能在瞬间同时完成.在分析经典的4步换流的基础上,借助窄脉冲的概念解释了换流过程中存在的不完全换流现象,并说明其危害.同时,从避开致使窄脉冲产生因素的角度出发,提出一种改进的双线电压合成策略以优化MC的输入输出性能,并将其与传统的窄脉冲处理方法作比较,说明该方法的优越性.最后通过仿真和实验得到结论的正确性.
【总页数】5页(P47-51)
【作者】刘青;谭国俊;马星河;吴小兰
【作者单位】中国矿业大学,信息与电气工程学院,江苏,徐州,221008;中国矿业大学,信息与电气工程学院,江苏,徐州,221008;中国矿业大学,信息与电气工程学院,江苏,徐州,221008;中国矿业大学,信息与电气工程学院,江苏,徐州,221008
【正文语种】中文
【中图分类】TM464
【相关文献】
1.基于输入电压的间接式矩阵变换器优化调制策略 [J], 孙军;聂子玲;朱俊杰;胡风革;张银锋;
2.改善矩阵变换器低电压输出性能的研究 [J], 吴小兰;胡泳军;谭国俊
3.基于输入电压的间接式矩阵变换器优化调制策略 [J], 孙军;聂子玲;朱俊杰;胡风革;张银锋
4.三相-单相矩阵变换器容错控制与输入电流优化 [J], 国海;葛红娟;许宇翔;权悦
5.优化矿用矩阵变换器输出性能的控制策略 [J], 徐永
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矩阵变换器安全换流策略综述矩阵变换器四步换流辅助谐振换流两步换流一步换流1引言矩阵变换器是一种具有优良的输入输出特性的交交直接变换性能优越。
它能提供正弦的输出电压，并从电网中吸收正弦的输入电流、输出频率不受输入频率的影响；具有四象限运行能力、动态响应快、功率密度大等优点。
近年来，由于其简单的拓扑结构及其优良特性，而成为变换器研究的热点之一。
目前对矩阵式变换器的研究重点之一在于双向开关的安全换流问题。
矩阵变换器的换流是指将某一相负载电流由一个输入相切换到另一个输入相。
因为开关器件的通断都是需要时间的，为了避免换流时电源短路和（感性）负载开路而对电源和矩阵变换器的安全造成的威胁，因此需要采用一个能够使开关安全切换的换流策略。
本文综述了多种形式的换流策略。
2换流技术简述附图所示为双向可控开关器件的常见构造形式[3]，其中附图（a）所示为最早出现的开关形式，由于通态功耗较大已经逐渐被淘汰了，仅在谐振型矩阵变换器中还有应用；附图(b)、(c)所示是最常用的两种由传统的单向可控开关和快恢复二极管构成的双向开关；附图（d）所示为采用非穿通型可控器件构成的双向开关形式，由于单向通流的开关器件可以承受反向电压，因此省略了二极管；目前正逐渐得以使用。
附图（e）所示是近年来出现的多电平矩阵变换器采用的双向开关；该结构形式拓宽了双向可控开关的设计理念，但也使变换器换流过程的复杂程度大大增加；当前业界普遍使用的双向可控开关形式还是如附图(b)、(c)、(d)所示的三种形式，已有的各种换流策略都是针对这三种开关形式设计的，本文对各种换流策略进行了综述。
附图常见双向开关形式2基本换流策略（l)死区换流死区换流，即插入死区延时法。
它要求输入侧开关触发之前，输出侧开关关断。
这种方法控制简单，但不能工作在电流连续的情况下，且开关损耗大。
又由于死区期间电源能量得不到利用，使得电压利用率降低，另外缓冲网络比较复杂，故此法很少使用。
（2）交叠换流交叠换流要求出侧开关关断之前，输入侧开关触发。
矩阵式变换器双向开关四步换流技术研究摘要：对矩阵式变换器(MC)中双向开关的安全换流课题进行了研究。
分析了各种换流方案，进而提出采用可编程逻辑元件(GAL)的四步换流方案，仿真和实验的结果证实了这种换流方案的可行性与可靠性。
关键词：矩阵式变换器；双向开关；可编程逻辑器件；四步换流引言1979年，意大利学者M.Venturini第一次提出了矩阵式变换器存在理论及控制策略。
与传统的交—交变频器及交—直—交变频器相比，矩阵式变频器具有明显的优点：高功率因数、低谐摘要：对矩阵式变换器(MC)中双向开关的安全换流课题进行了研究。
分析了各种换流方案，进而提出采用可编程逻辑元件(GAL)的四步换流方案，仿真和实验的结果证实了这种换流方案的可行性与可靠性。
关键词：矩阵式变换器；双向开关；可编程逻辑器件；四步换流引言1979年，意大利学者M.Venturini第一次提出了矩阵式变换器存在理论及控制策略。
与传统的交—交变频器及交—直—交变频器相比，矩阵式变频器具有明显的优点：高功率因数、低谐波污染、可四象限运行、无中间储能环节、体积小且效率高。
随着交流变频调速技术成为当代电气传动中实现自动化和节能的主要技术手段，矩阵式变换器(MC)的研究已成为电力电子技术研究的热点之一。
1 矩阵式变换器及双向开关图1是矩阵式变换器的原理性结构，它可用一个虚拟的整流器和虚拟的逆变器构成。
采用这样的结构可以充分利用交—直—交变换器中成熟的PWM技术。
三相矩阵式变换器采用9个双向开关组成3×3的矩阵式结构，因而三相输入中的任意一相可与三相输出的任意一线相连，采用一定的开关控制策略可使输出线间平均输出电压为所需频率下的正弦调制电压，同时可使输入电流正弦并与输入电压同相。
调制过程中，组成双向开关的单向器件间的换流是矩阵式变换器实现中的关键。
目前常用的IGBT组合双向开关主要有3种形式，即由单个IGBT和二极管组合成的桥式双向开关，共发射极反向串联IGBT组合的双向开关和共集电极反向串联IGBT组合的双向开关，如图2所示。
