[發明專利]一種具有直流穩壓輸出功能的雙級式三相四橋臂矩陣變換器

有效

• 申請號: 201210023900.9
• 申請日: 2012-02-03
• 公開（公告）號: CN102832795A
• 公開（公告）日: 2012-12-19
• 發明（設計）人: 秦顯慧;周波;黃海濤;史明明;劉曉宇;毛怡然
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H02M1/10
• 分類號: H02M1/10;H02M5/458;H02M3/335
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 許方

技術領域

本發明涉及一種矩陣變換器，特別是面向獨立供電系統應用場合的具有直流穩壓輸出功能的雙級式三相四橋臂矩陣變換器新型拓撲。?

背景技術

矩陣變換器(MC)不含儲能電容，具有結構緊湊、體積重量小、穩定性好、使用壽命長等優點，能夠在惡劣的自然環境下堅持工作。雙級式矩陣變換器是基于矩陣變換器的概念發展而來的一種新型拓撲，繼承了傳統MC不含儲能電容的優點，同時克服了輸出側無續流回路，換流困難，需要箝位電路等諸多缺點，具有更高的應用價值。?

在雙級式矩陣變換器(TSMC)的基礎之上，增加中線橋臂，可為負載中的零序電流提供流通回路，在非平衡和非線性負載下，提供穩定平衡的三相電壓，非常適合獨立供電系統的應用需求。因此，雙級式三相四橋臂矩陣變換器(3×4TSMC)可為偏遠地區或海島等不宜架設傳統輸電線路或架設成本過高的地區提供因地制宜的獨立三相交流電源系統；可為樓宇、廠房等重要設施提供應急電源；也可為飛機、電力機車等交通工具提供穩定的三相交流電源；還可為軍用裝甲車輛等提供戰場移動電源。尤其在航空和軍用領域，發電系統往往處于高熱、高壓的環境條件下，3×4TSMC不含有傳統交直交變換器中的儲能元件，因此適應性更強。?

然而，在某些獨立電源系統中，如飛機供電系統，既有交流負載，又有數量可觀的直流負載。由于TSMC的整流環節沒有儲能電容以形成高壓直流母線，因此若獨立供電系統采用TSMC作為主要的功率變換器，則還需要配備一系列的AC/DC、DC/DC等輔助變換器，設備繁多，控制復雜，造成資源浪費和不穩定因素的增加。因此，研究一種具有直流輸出功能的3×4TSMC拓撲結構，具有重要的實用價值和研究意義。?

目前已有的幾種具有直流輸出功能的矩陣變換器拓撲，均出于為交流電機的勵磁電路供電的目的而提出，不具備獨立供電系統中直流穩壓輸出的能力。專利[1]利用箝位電路的直流環節，進行斬波控制，為電機勵磁電路供電，流經箝位電路的電流不在MC輸入電流的控制范圍內，削弱了MC對其輸入電流波形的改善能力；專利[2]在MC的基礎?上，增加第四橋臂用于勵磁控制，一定程度上減少了勵磁電流對MC輸入電流畸變的影響，但需要額外增加6個開關管。專利[1]與[2]均針對傳統MC提出，不適用于TSMC。專利[3]利用TSMC的直流環節作為直流調壓電路的輸入電壓，但其三相三線制的輸出結構帶不平衡負載運行的能力不足，而且H橋與MC相互獨立的控制方式，影響了整流級電路實現零電流開關(ZCS)的條件，即不能保證整流級開關切換的時刻直流母線電流為零。?

本發明克服了以往電路拓撲的缺點，將中線橋臂與直流變換電路相結合，提出了一系列新型的具有直流輸出功能的3×4TSMC拓撲結構。?

參考文獻：?

[1]仇紅奎，周波，張紹.具有直流勵磁功能的交流電機矩陣式控制器?

[2]姜田貴，周波，史明明，毛怡然.具有勵磁功能的三相四橋臂矩陣變換器?

[3]史明明，周波，魏佳丹，李全春，毛怡然.具有直流勵磁調節和電壓頻率變換的雙級式矩陣變換器?

發明內容

本發明針對現有技術存在的不足，提出一種新型的具有直流輸出功能的3×4TSMC拓撲結構。這種新型拓撲不僅可以提供三相四線制輸出的交流電源，而且可以同時提供隔離的直流穩壓電源。?

本發明采用如下技術方案：?

一種具有直流輸出功能的雙級式三相四橋臂矩陣變換器，包括三相橋式結構，三相四橋臂輸出電路(2)和雙管正激電路以及不含儲能電容的直流環節，雙管正激電路包括第一正激支路和第二正激支路；其中三相橋式結構、三相四橋臂輸出電路和第一支路均并聯于直流環節；三相四橋臂輸出電路的中線橋臂與雙管正激電路的第二支路為同一個橋臂，三相四橋臂輸出電路為不平衡或非線性三相負載提供三相平衡電壓，雙管正激電路為直流負載提供直流電壓。?

所述雙管正激電路可用雙管反激電路或全橋變換電路等隔離型的直直變換電路取代，構成不同型式的具有直流輸出功能的三相四橋臂矩陣變換器。?