[發(fā)明專利]一種移相型三相高頻鏈矩陣式逆變器拓撲結構及調制方法

有效

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• 申請日: 2018-11-28
• 公開（公告）號: CN109412447B
• 公開（公告）日: 2023-08-22
• 發(fā)明（設計）人: 閆朝陽;宋雪微;郝偉杰;趙丁選;劉爽;徐春博
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: H02M7/5387
• 分類號: H02M7/5387;H02M5/293;H02M5/10
• 代理公司: 北京挺立專利事務所(普通合伙) 11265
• 代理人: 劉陽

本發(fā)明公開了一種移相型三相高頻鏈矩陣式逆變器拓撲結構及調制方法，所述移相型三相高頻鏈矩陣式逆變器拓撲由全橋逆變器、變壓器T、矩陣變換器、LC型濾波器依次連接構成；該拓撲結構通過引入兩只鉗位二極管和諧振電感來抑制電壓振蕩和電壓尖峰；所采用的單極性移相控制策略與傳統(tǒng)意義上的移相控制的區(qū)別在于單極性移相控制策略的移相角是不斷變化的，變壓器后級的矩陣式變換器可以解耦成兩個普通電壓型逆變器進行控制，在解結耦單極性移相調制方法下，可以實現(xiàn)拓撲中所有可控開關管的零電壓開關，可減小開關管損耗，提高變換器的效率。本發(fā)明具有功率變換等級少、控制方法簡單、電路穩(wěn)定性高等優(yōu)點。

技術領域

本發(fā)明涉及電力電子功率變換器拓撲及調制領域，尤其是一種移相型三相高頻鏈矩陣式逆變器拓撲結構及調制方法。

背景技術

逆變器是一種把直流電能轉換成交流電能的拓撲裝置。高頻鏈逆變器采用變壓器替代工頻變壓器克服了傳統(tǒng)變壓器體積大、噪聲大、成本高等缺點。高頻鏈矩陣式逆變器的變換過程有DC/HFAC/LFAC三種功率特征，其中，HFAC：高頻交流，LFAC：低頻交流?？芍祟惸孀兤髦谐霈F(xiàn)了DC/AC即直流/交流逆變環(huán)節(jié)，該環(huán)節(jié)位于變壓器原邊，又出現(xiàn)了AC/AC即交流/交流變換環(huán)節(jié)，該環(huán)節(jié)也常稱為矩陣變換器環(huán)節(jié)，位于變壓器副邊。矩陣變換器與傳統(tǒng)變換器相比，沒有中間儲能環(huán)節(jié)，采用雙向開關，可以實現(xiàn)能量的雙向流動，結構緊湊、體積小、效率高，且輸出電壓幅值和頻率可以獨立控制。

由于變壓器漏感的存在，高頻鏈矩陣式逆變器換流時，在變壓器副邊矩陣變換器的功率管上產(chǎn)生較大的電壓過沖，因此變壓器副邊矩陣變換器的安全換流一直是制約高頻鏈逆變器實現(xiàn)大范圍推廣的技術難點。目前主要有以下幾種安全換流策略：①通過加入有源箝位來抑制電壓過沖，可以實現(xiàn)軟開關，但引入的箝位電路增加了成本，增加的可控功率管也使控制更為復雜；②單極性和雙極性移相控制策略借助矩陣變換器的換流重疊實現(xiàn)了電感電流的自然換流，并且實現(xiàn)了功率管的ZVS，但存在換流重疊時間不易控制等問題；③在前級逆變器引入串聯(lián)諧振電路來實現(xiàn)功率管的軟換流，此時要求功率管切換發(fā)生在零電流時刻，且控制輸出能量需要判斷諧振電路諧振工作狀態(tài)，使得控制方式復雜。

然而，上述策略雖然能夠實現(xiàn)安全換流，但造成逆變器的調制和控制更為復雜，導致系統(tǒng)可靠性降低以致影響了該類變換器的推廣使用。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述技術問題，本發(fā)明的目的在于提供一種移相型三相高頻鏈矩陣式逆變器拓撲結構及調制方法。本發(fā)明功率變換等級少、調制簡單，并與電壓型解結耦相結合實現(xiàn)單極性前級移相調制方法。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是根據(jù)以下技術方案實現(xiàn)的：

本發(fā)明的一種移相型三相高頻鏈矩陣式逆變器拓撲結構，其特征在于，包括全橋逆變器、變壓器T、矩陣變換器、LC型濾波器，各部件依次連接構成；

其中，所述全橋逆變器由直流輸入電壓U_i、可控開關管S₁、可控開關管S₂、可控開關管S₃、可控開關管S₄、二極管D_C1、二極管D_C2、電感L_r組成；

所述矩陣變換器由可控開關管S_1a、可控開關管S_4b、可控開關管S_4a、可控開關管S_1b、可控開關管S_3a、可控開關管S_6b、可控開關管S_6a、可控開關管S_3b、可控開關管S_5a、可控開關管S_2b、可控開關管S_2a、可控開關管S_5b組成；