【文章內容簡介】 陣變換器， 圖 (b)為線電壓輸入的單相矩陣變換器。 S 11 S 12 S 13A B CN負載U S11S12S13A B CN負載S21S22S23 （ a） （ b） 圖 單相矩陣式交－交變頻電路 把如圖 (a)所示的三個相同結構的單相矩陣式交交變頻電路用同一組三相交流電供電，得到如圖 所示的電路 ,只要三個單相矩陣式交交變頻電路給定電壓大小相等，相位上相差 120176。 ，則其輸出電壓的基波在相位上相 差 120176。 ，這就構成了帶中心線的三相矩陣式交交變頻電路。如圖 （ a）所示的三相矩陣 12 式變換器。由于中心線中不流過基波電流，只有部分高次諧波電流，因此將中心線去掉就得到如圖 （ b）所示的三相矩陣式變換器。同樣，如圖 (b)所示的三個相同結構的單相矩陣式變換器也可構成如圖 （ b）所示的三相矩陣式變換器。 S11S12S13A B CN負載US21S22S23VS31S32S33W S11S12S13A B CN負載US21S22S23VS31S32S33WN ’ （ a） （ b） 圖 －交變頻電路 3 1單相矩陣式變換器的工作原理 以相電壓輸入的 三相－單相矩陣式變換器 其工作波形如圖 所示，其中粗線表示的為輸出電壓的基波分量。假設組成雙向開關 SAa、 SAb、 SAc 的兩個開關器件分別為 SAjP（正向）和 SAjN（反向）， ? ?cbaj ,? 。 在 4~0 t 階段輸出電壓給定為正， SAj均只能是正向開關管 SAjP調制： 0~0 t 階段， c 相 電壓最高， SAcP調制； 10~tt 階段， a 相電壓最高， SAaP調制； 21~tt 階段， b 相電壓最高， SAbP調制； 32~tt 階段， c 相電壓最高， SAcP調制； 43~tt 階段， a 相電壓最高， SAaP調制。 0t 1t 2t 3t4t5t 6t 7t8t0 tau auauau bu cububu cucu 圖 三相－單相矩陣式變換器工作波形圖 在 84~tt 階段輸 出電壓給定為負， SAj均只能是 反向 開關管 SAjN調制。 13 54~tt 階段， b 相電壓最低， SAbN調制； 65~tt 階段， c 相電壓最低， SAcN調制； 76~tt 階段， a 相電壓最低， SAaN調制； 87~tt 階段， b 相電壓最低， SAbN調制； 考慮到負載一般為感性負載，工作過程中不允許輸出開路。因此，調制管工作在關斷 期間 ，必須由電壓最低或最高的另一相上的開關管開通進行續(xù) 流， 圖 為輸出電壓正向時 6 個開關管 開關邏輯。其中 SAaP、 SAbP、 SAcP起調制作用而SAaN、 SAbN、 SAcN則完成續(xù)流 。 4t0 taubucu0t1t2t3t000tttA apSAbpSA cpS000tttA aNSAbNSA cNS 圖 －單相矩陣式變換器開關器件的開關邏輯 3 2單相矩陣式變換器的工作原理 對于 三相－三相矩陣式變換器電路若去掉其中一行，則形成如圖 所示的三相－單相矩陣式變換器，它采用的是線電壓輸入和線電壓輸出，因此電壓傳輸比相對較高，并且其控制策略也與前者稍有不同。 對圖 所示的矩陣式變換器采用電流滯 環(huán)比較的方法分析。由于沒有中性線無法對相電壓進行斬波和續(xù)流，因此采用對線電壓進行斬波的方式。進一步為了提高電壓傳輸比，選擇對輸入的最大線電壓進行斬波。當 Uab 最大時根據(jù)給定 14 參考電壓 ABU? 的方向可以選擇控制 SAa和 SBb 或 SAb 和 SBa 同時對輸入電壓 Uab進行斬波，而續(xù)流回路則可分為雙極性調制下的 SAb 和 SBa 或 SAa和 SBb，單極性下的同一列上 SAa和 SBa、 SAb 和 SBb、 SAc和 SBc 兩個開關。本文選擇由 SAc和 SBc 續(xù)流的單極性的控制方法。圖 為 Uab 最大 且 iAB為正時，等效的斬波電路。 SAa S Ab SAca b cNSBa SBb SBcABiAB負載 S AaU a iABS BbU bS AcS Bc負載BA+UAB 圖 線電壓輸出矩陣式變換器圖 由線電壓供電的等效斬波電路 與相電壓輸入的三相－單相矩陣式變換器一樣，假設組成雙向開關 Sjk 的兩個單向開關器件分別為 SjkP（正向）和 SjkN（反向）， ? ?BAj ,? ， ? ?cbak ,? 。以圖 所示給定參考電壓 ABU? 為正方向。當輸入線電壓 Uab 最大且 ABU? 正向時，同時控制 SAaP和 SBbN導通或關斷實現(xiàn)對線電壓 Uab 的斬波，而第三列上的兩個單向開關 SAcP 和 SBcN 則完成續(xù)流的功能。當輸入線電壓 Uab 最大而 ABU? 反向時，則同時控制 SBaP和 SAbN導通或關斷實現(xiàn)對線電壓 Uab 的斬波，而第三列上的兩個單向開關 SAcN 和 SBcP 則完成續(xù)流的功能。應用上述控制策略負載上就可得到與給定電壓頻率一致的交流電。由于一個周期中輸入線 電壓出現(xiàn) 6 次不同的最大值： Uab、 Uac、 Ubc、 Uba、 Uca、 Ucb，給定參考電壓 ABU? 有正負兩個方向。因此，總共有 12 種可能的狀態(tài)。 給定參考電壓 ABU? 為正 ： Uab 最高，則 SAaP、 SBbN調制， SAcP、 SBcN續(xù)流； Uac 最高，則 SAaP、 SBcN調制， SAbP、 SBbN續(xù)流； Ubc最高，則 SAbP、 SBcN調制， SAaP、 SBaN續(xù)流； Uba最高，則 SAbP、 SBaN調制， SAcP、 SBcN續(xù)流； Uca 最高 ，則 SAcP、 SBaN調制， SAbP、 SBbN續(xù)流； Ucb 最高，則 SAcP、 SBbN調制， SAaP、 SBaN續(xù)流； 15 0abu00uabuacuacubcu3t2t1t 9t5t7t6tSAaPSAbPSAcPSBaPSBbPSBcNSAaNSAbNSBcPSAcNSBaNSBbN4tcaubaucbut?8tⅠ Ⅱ Ⅲ ⅣⅤⅥ Ⅶ Ⅷ Ⅸ 圖 矩陣式變換器的工作波形和開關邏輯 給定參考電壓 ABU? 為負 ： Uba最高，則 SAaN、 SBbP調制， SAcN、 SBcP續(xù)流； Uca 最高，則 SAaN、 SBcP調制， SAbN、 SBbP續(xù)流； Ucb 最高，則 SAbN、 SBcP調制， SAaN、 SBaP續(xù)流； Uab 最高，則 SAbN、 SBaP調制， SAcN、 SBcP續(xù)流； Uac 最高，則 SAcN、 SBaP調制， SAbN、 SBbP續(xù)流； Ubc最高，則 SAcN、 SBbP調制， SAaN、 SBaP續(xù)流； 圖 為以 AB 相為例，對應開關管的開關邏輯和輸出電壓基波分量。 3 3矩陣變換器的工作原理 三相矩陣變換的工作原理可以看成是三個 3 1 單相的矩陣變換器同時工作，或者是三個 3 2 矩陣同時工作。這里不作介紹。 基于開關函數(shù)矩陣變換器的數(shù)學模型 所謂開關函數(shù)是指在給定輸入電壓函數(shù)、期望輸出電壓函數(shù)以及各種約束條件下，使電力變換器中相 關的一組功率開關各自的占空比由一個連續(xù)函數(shù)或分段連續(xù)函數(shù)來表示，利用精確的數(shù)學表達式來確定開關的具體動作。對于三相－三 16 相矩陣式變換器，共有 9 個雙向開關，因此對應有 9 個開關函數(shù)。因為矩陣式變換器為電壓源輸入，因此輸入相不能被短路；同時考慮到輸出相不能被開路。定義單個開關函數(shù)為： ? ?????01tSij，ijSijS導通斷開 ? ?1 , 2 , 3j ?? ?1 , 2i ? (21) 約束條件為： 1i3i2i1 ??? SSS ， ? ?1,2i? (22) 基于開關函數(shù) 3 1矩陣變換器的數(shù)學模型 下面基于開關函數(shù)對 3 1 矩陣式變換器的變換原理進行描述。電路如圖 (a)， 根據(jù)圖 (a)及式 21， 22?？梢灾苯拥玫捷敵鲭妷杭拜斎腚娏鞯谋磉_式： ?aoP h 11 12 13 bcP hP h i P huU S S S uuTU???????? ???????? (23) AP hP h BCTii T ii??????????? (24) 基于開關函數(shù) 3 2矩陣變換器的數(shù)學模型 下面基于開關函數(shù)對 3 2 矩陣式變換器的變換原理進行描述。典型的 3 2 MC 如圖 （ b）所示 ： 根據(jù)圖 及式 21 和 22， 可以得到輸出電壓及輸入電流的表達式： 17 ????????????????????????????????????????????????cbcababcacab211122132212211313232112211123122212231123132211uuuuuuSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSUT iphphlUT? (25) ???????????CBAphliiiTi (26) 基于開關函數(shù) 3 3矩陣變換器的數(shù)學模型 下面基于開關函數(shù)對 3 3 矩陣式變換器的變換原理進行描述。典型的 3 3 MC 如圖 所示 ： 根據(jù)圖 及式 21， 22?？梢灾苯拥玫捷敵鲭妷杭拜斎腚娏鞯谋磉_式： A 11 12 13 aoPh B 21 22 23 bC 31 32 33 cPhPh iPhu S S S uU u S S S uu S S S uTU? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ??? (27) A B 11 21 12 22 13 23 aoL B C 21 31 22 32 23 33 bC A 31 11 32 12 33 13 cP hL iP hu S S S S S S uU u S S S S S S uu S S S S S S uTU? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ?? ? ? ? ? ??? (28) ?????????????????????CBAP h P hTcbaiiiTiii (29) 18 ?????????????????????CABCABP h LTcbaiiiTiii (210) 設給定初相為零的三相對稱輸入相電壓以及產(chǎn)生的三相對稱輸出電流方程分別