矩阵式变换器双向开关四步换流技能研讨

  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讨。剖析了各种换流计划，从而提出选用可编程逻辑元件(GAL)的四步换流计划，仿真和试验的成果证明了这种换流计划的可行性与可靠性。

  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操控战略。与传统的交交变频器及交直交变频器比较，矩阵式变频器有着十分显着的长处：高功率因数、低谐波污染、可四象限运转、无中心储能环节、体积小且效率高。跟着淳厚变频调速技能成为今世电气传动中完成自动化和节能的首要技能办法，矩阵式变换器(MC)的研讨已成为电力电子技能讨论研讨的热门之一。

  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。选用这样的结构可以充沛的运用交直交变换器中老练的PWM技能。

  三相矩阵式变换器选用9个双向开关组成3×3的矩阵式结构，因此三相输入中的恣意一相可与三相输出的恣意一线相连，选用必定的开关操控战略可使输出线间均匀输出电压为所需频率下的正弦调制电压，放逐可使输入电流正弦并与输入电压同相。调制进程中，组成双向开关的单向器材间的换流是矩阵式变换器完成中的要害。

  现在常用的IGBT组合双向开关首要有3种方法，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。

  桥式组合双向开关恣意时间都有三个器材参加导通，导通压降较大，损耗较高。共发射极和共集电极反向串联IGBT组合双向开关运用两个IGBT，运用器材内部的续流二极管以阻挠反向电压，结构严密相连，便利简略，开关损耗也较低，故获得了广泛的使用。

  组织死区以防止换流时间输入线间短路，缺陷是在有缓冲电路和电理性负载时开关为硬开关运转方法，缓冲能量被开释时会随同能量损耗。

  堆叠换流是以输入线间时间短的短路进程来完成电流的切换，缺陷是限流电感体积大、本钱高，放逐又有或许引进新的过电压。

  为确保MC的输入电流和输出电压都是正弦波，对9组双向开关都实施PWM操控，各开关须按必定规则进行切换。为了可以更好的确保安全切换，同一相输出的恣意两组开关不能放逐导通，不然将形成输入两相短路；三相开关也不能放逐断开，即在两组开关切换期间不能刺进死区，不然就形成理性负载开路而感应高电压。这样，既不能两组开关交叠导通，又不答应有切换死区，活动有严厉的逻辑操控才行，四步换流计划能很好地满意这个要求。

  图3是接到同一相负载的两组双向开关的换流示意图。u1及u2表明两相输入电压瞬时值，S1和S2表明两组双向开关，p和n表明每组开关的正向和反向，uL和iL分别是负载上的输出电压和电流。

  四步换流要完成对两个双向开关的换流操控，活动既要制止或许使电源产生短路的开关组合，又要确保在恣意时间给负载供给至少一条流转途径，那么，满意这些条件的开关组合共有8组，列于表1。

  表1中的第一种开关状况直接切换到第二种开关是不可的，这样会形成电源断路。但当0时，由状况1通过状况3、7、5，再切换到状况2则是可行的。同理，0时，由状况4、8、6也可完成状况1到2的切换。图4绘出了这两种四步换流次第。