[發(fā)明專利]一種新型稀疏式雙級矩陣變換器拓撲結(jié)構(gòu)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410837675.1
• 申請日: 2014-12-29
• 公開（公告）號: CN104601002A
• 公開（公告）日: 2015-05-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 雷家興;周波;秦顯慧;卞金梁;石寶平;梁瑩;韓娜
• 申請（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號: H02M5/44
• 分類號: H02M5/44
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務(wù)所 32237
• 代理人: 賀翔

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種電能變換裝置，特別涉及一種新型稀疏式雙級矩陣變換器拓撲結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

矩陣式變換器是一種新型AC-AC變換器，具有體積小、重量輕和工作壽命長的特點，被當(dāng)作目前大量應(yīng)用的雙PWM變換器的替代拓撲之一，在國內(nèi)外被廣泛研究。雙級矩陣變換器是矩陣變換器的一種子類，包括整流級和逆變級兩個部分。兩個部分通過直流中間直流母線相連，但無直流儲能元件。相較于傳統(tǒng)矩陣變換器，雙級矩陣變換器具有箝位電路簡單、換流控制策略容易實現(xiàn)等優(yōu)點，獲得了研究人員的廣泛關(guān)注。

當(dāng)系統(tǒng)不要求變換器具有雙向功率流動能力時，雙級矩陣變換器還可減少開關(guān)數(shù)量，此時它被稱作稀疏式雙級矩陣變換器。一種典型的傳統(tǒng)稀疏式雙級矩陣變換器拓撲結(jié)構(gòu)如附圖1所示。整流級由6個全控型器件(每個器件包含一個體二極管)和6個額外的二極管組成。它除了不能實現(xiàn)雙向功率流動外，具有與傳統(tǒng)矩陣變換器和雙級矩陣變換器相同的功能。

然而，與普通雙級式矩陣變換器一樣，附圖1所示結(jié)構(gòu)存在著一個較大的缺陷。它的整流級由全控型器件組成，可能產(chǎn)生負的直流母線電壓。如當(dāng)輸入三相電壓滿足：u_A>u_B>u_C時，若導(dǎo)通整流級C相上橋臂和A相下橋臂的全控型器件，則直流母線電壓u_dc＝u_C-u_A<0。此時由于逆變級各個橋臂的二極管不能阻斷負壓，短路故障將會發(fā)生，危害系統(tǒng)安全。這種情況在實際系統(tǒng)中普遍存在，如輸入側(cè)振蕩和電磁干擾等原因引發(fā)整流級全控器件錯誤導(dǎo)通。更重要的是，已有文獻證明，當(dāng)輸入功率因數(shù)角大于30°或者小于-30°時，直流母線電壓必然會出現(xiàn)負值的情況。因此上述缺陷還將傳統(tǒng)稀疏矩陣變換器的輸入功率因數(shù)角限制在[-30°,30°]內(nèi)，影響了變換器的無功功率調(diào)節(jié)功能。

發(fā)明內(nèi)容

所要解決的技術(shù)問題：

本發(fā)明的目的在于提供一種可避免整流級發(fā)生負壓的新型稀疏式雙級矩陣變換器拓撲結(jié)構(gòu)。

技術(shù)方案：

為了實現(xiàn)以上功能，本發(fā)明提供了一種新型稀疏式雙級矩陣變換器拓撲結(jié)構(gòu)，其特征在于：包括三個雙向開關(guān)、整流級和逆變級；

其中整流級包括六個二極管，逆變級包括六個全控型器件，輸入三相交流電壓(u_A、u_B、u_C)分別通過三個雙向開關(guān)(S1、S2、S3)接到整流級的三相交流端，整流級的直流母線和逆變級的直流母線相連，輸出三相交流電壓(u_U、u_V、u_W)接到逆變級的三相交流端。

每一個雙向開關(guān)均由2個全控型器件共射極構(gòu)成，每個全控型器件并聯(lián)一個反向體二極管。

每個雙向開關(guān)的2個全控型器件采用相同的PWM控制信號，開關(guān)S1的占空比為d₁，開關(guān)S2的占空比為d₂，開關(guān)S3的占空比為d₃，它們由下式?jīng)Q定：