[實用新型]可控能量補充的單向矩陣變換器

無效

• 申請號: 201020239380.1
• 申請日: 2010-06-25
• 公開（公告）號: CN201699595U
• 公開（公告）日: 2011-01-05
• 發明（設計）人: 萬衡;陳文博;陳慶安
• 申請（專利權）人: 華東理工大學
• 主分類號: H02M5/44
• 分類號: H02M5/44
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 王敏杰

技術領域

本發明涉及一種可控能量補充的單向矩陣變換器及其控制方法。

背景技術

矩陣變換器在變壓變頻領域有著舉足輕重的地位。矩陣變換器無中間直流儲能環節，降低了開發成本。具有能量雙向流動的特點，可以矯正網側功率因數，電壓頻率可調等優點。

但在現有的矩陣變換器中，輸出電壓幅值受到輸入電壓值的限制，只能處于輸入電壓值包絡線的范圍之內，需通過開關矩陣轉換的升壓環節以達到所期望的高電壓輸出值。

而對于單相----單相變壓變頻的情況，由于單一輸入電壓換向時輸入電壓很小，幾乎為零，所以無法通過簡單的開關轉換滿足輸出電壓的幅值要求，造成能量缺失，使得輸出波形嚴重畸變。如圖1所示，輸出波形每間隔一段時間就出現一次“內凹”，其出現的頻率與輸入電壓過零頻率相同，即在每個輸入電壓周期中，出現2次畸變。

發明內容

為了解決上述波形畸變的問題，本發明采用能量補償策略，在單向矩陣變換器同電源間加入一能量補充電路，在沒到換向點時，將一部分輸入能量存儲在儲能電容中，當換向點時，控制電路將儲能電感中存儲的能量釋放出來，對輸出的能量進行補償，減少畸變影響(基本原理)。這樣就能保證輸出波形可以滿足要求。同時，利用高頻時儲能元器件儲能量少的特點，降低了元件的容量，從而減少器件體積，提高了裝置的功率密度。

本發明技術方案如下：

可控能量補充的單向矩陣變換器，包括交流電源、雙向開關矩陣和負載，交流電源的輸出端同雙向開關矩陣輸入端相連，雙向開關矩陣輸出端同負載相連，形成回路，其特征在于，交流電源輸出端還連接一可控能量補充電路，該可控能量補充電路輸出端同雙向開關矩陣輸入端相連，所述可控能量補充電路由三個低速單向控制開關S₀₁、S₀₂、S₀₃、兩個二極管D₁、D₂和能量吸放電容C₁組成，S₀₂依次同D₁、D₂、C₁串聯形成回路，S₀₁并聯于D₂兩端，S₀₂、D₁間引出端A作為可控能量補充電路輸入端一端，D₁、D₂間引出端in作為可控能量補充電路輸出端一端，S₀₂、C₁間引出端同S₀₃一端相連，S₀₃另一端作為可控能量補充電路輸入端的另一端和輸出端的另一端。

進一步，交流電源輸出端和雙向開關矩陣間連接了多個所述可控能量補充電路，所述多個可控能量補充電路之間輸入端與輸出端相連。

進一步，交流電源輸出端同可控能量補充電路間連接一橋式變流電路。

上述單向矩陣變換器的控制方法，通過控制模塊對可控能量補充電路和雙向開關矩陣中的開關進行調制，實現方式如下：

①在可控能量補充電路輸入端檢測電壓信號由A點采樣獲取，并根據包絡線判斷電容充放電狀態，確定可控能量補充電路由三個低速單向控制開關S₀₁、S₀₂、S₀₃的狀態：

②在可控能量補充電路輸出端檢測電壓信號由in點采樣獲取，并根據公式(3)、公式(4)計算雙向開關矩陣的矩陣M(t)調制數值；

通過上述矩陣變換器和控制方法有效消除了輸入電壓過零時的輸出波形畸變。同時，利用高頻時儲能元器件儲能量少的特點，降低了元件的容量，相對交-直-交變換器，從而減少器件體積，提高了裝置的功率密度。

所述矩陣變換器還可包括多個可控能量補充電路串接，以達到更佳的畸形彌補的效果。

所述交流電源輸出端同可控能量補充電路間連接一橋式變流電路，通過橋式變流使得輸入波形由正弦波變為脈動波形，由于單相矩陣變換器在每個斬波過程中對輸入波形都有一個倒相過程，其波形包絡線與不采用橋式電路時相同。單向脈動輸入能夠使用單極性電容，從而減小裝置體積，提高功率密度。

附圖說明

圖1含有畸變的輸出波形圖；

圖2為可控能量補充的單向矩陣變換器電路原理圖；

圖3為可控能量補充的單向矩陣變換器電路實施仿真圖；

圖4為可控能量補充的單向矩陣變換器的控制框圖；