交流電壓變換器公布時(shí)間

1998年，經(jīng)全國(guó)科學(xué)技術(shù)名詞審定委員會(huì)審定發(fā)布。

《電氣工程名詞》第一版。 2100433B

變換器（Matrix Converter）作為一種新型的交—交變頻電源，其電路拓?fù)湫问奖惶岢觯钡?979年意大利學(xué)者M(jìn).Venturini和A.Alesina提出了矩陣式變換器存在理論及控制策略后，其特點(diǎn)才為人們所關(guān)注和研究。普遍使用的是半控功率器件晶閘管。采用這種器件組成矩陣式變換器，控制難度是很高的。矩陣式變換器的硬件特點(diǎn)是要求

大容量、高開(kāi)關(guān)頻率、具有雙向阻斷能力和自關(guān)斷能力的功率器件，同時(shí)由于控制方案的復(fù)雜性，要求具有快速處理能力的微處理器作為控制單元，而這些是早期的半導(dǎo)體工藝和技術(shù)水平所難以達(dá)到的。所以這一期間矩陣式變換器的研究主要針對(duì)主回路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及雙向開(kāi)關(guān)的實(shí)現(xiàn)，大多都處于理論研究階段，很少有面向工業(yè)實(shí)際的研究。高工作頻率、低控制功率的全控型功率器件如BJT ，IGBT等不斷涌現(xiàn)，推動(dòng)了矩陣式變換器控制策略的研究。

模數(shù)變換器

模數(shù)變換器包含第一傳輸電路，它接收輸入電壓與輸出時(shí)鐘信號(hào)，該時(shí)鐘信號(hào)相移，取決于輸入電壓，第二傳輸電路接收參考電壓與輸入時(shí)鐘信號(hào)，且輸出參考時(shí)鐘信號(hào)，該時(shí)鐘信號(hào)相移，取決于參考電壓，比較輸出時(shí)鐘信號(hào)與參考時(shí)鐘信號(hào)的比較器輸出一數(shù)據(jù)卡輸出信號(hào)。

直流-直流變換器

直流-直流變換器有三個(gè)電感、兩個(gè)電容、一個(gè)主開(kāi)關(guān)和一個(gè)次開(kāi)關(guān)、一個(gè)主整流器和一個(gè)次整流器以及一個(gè)具有一個(gè)初級(jí)繞組和一個(gè)次級(jí)繞組的變壓器。主開(kāi)關(guān)和次開(kāi)關(guān)按照控制信號(hào)交替地導(dǎo)通，電流流過(guò)變壓器的初級(jí)繞組，因此，轉(zhuǎn)移能量到次級(jí)繞組，一個(gè)主整流器和一個(gè)次整流器按照從初級(jí)繞組變換來(lái)的能量而動(dòng)作，以獲得經(jīng)過(guò)第三個(gè)電感器的固定電流，輸出固定直流電壓到負(fù)載。

高功率因數(shù)半橋式變換器

半橋式變換器有一個(gè)橋二極管單元來(lái)提供電流路徑，通過(guò)功率因數(shù)提高單元傳輸能量到電壓平滑電容器。電壓平滑電容器儲(chǔ)存由橋二極管單元所提供的能量。開(kāi)關(guān)單元有兩個(gè)開(kāi)關(guān)與電壓平滑電容器的兩端間串聯(lián)。其中功率因數(shù)提高單元供給開(kāi)關(guān)的公共連接點(diǎn)電壓，構(gòu)成轉(zhuǎn)換單元反饋到輸入電容器的公共連接點(diǎn)，為了依據(jù)輸入電壓值改變輸入電流。減少半橋式變換器在開(kāi)關(guān)單元中的導(dǎo)通損耗提高輸入端的功率因數(shù)。

1976年，矩陣式變換器的概念和電路拓?fù)湫问接蒐.Gyugyi和 B.R.Pelly首先提出。1979年意大利學(xué)者M(jìn).Ventutini和A.Alesina證明這種頻率變換器的存在，促進(jìn)了矩陣式變換器的迅速發(fā)展。他們首先在理論上證明了N相輸入、P相輸出的矩陣式逆變器的實(shí)現(xiàn)條件，同時(shí)給出了一種電壓控制策略，這種控制策略雖然解決了矩陣式變換器的諧波問(wèn)題，但也有輸出輸入電壓比小于0.5的嚴(yán)重 缺陷。進(jìn)入20世紀(jì)80年代后期，隨著電力電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，矩陣變換器的研究工作越來(lái)越被人們所重視。為了解決M．Venturini和A．Alesina控制方案的不足，先后有許多學(xué)者對(duì)矩陣變換器進(jìn)行了一系列的研究，并從不同的角度提出了不同的控制方案。國(guó)外對(duì)于矩陣變換器的研究進(jìn)入大發(fā)展階段。

1989年，日本學(xué)者J. Oyama等提出了一種最大最小輸入電壓調(diào)制技術(shù)，該技術(shù)認(rèn)為輸出電壓最小的相總是與輸入電壓最小的相相連，其余兩相則利用PWM 調(diào)制技術(shù)對(duì)輸入電壓進(jìn)行調(diào)制，輸出線電壓的最大值總是等于最大輸入線電壓函數(shù)的最小值，即輸出線電壓總是在輸入線電壓的包絡(luò)線之內(nèi)。同年，還有南斯拉夫?qū)W者L．Huber和美國(guó)學(xué)者D．Borojevic提出了基于電壓空間矢量調(diào)制技術(shù)的方法。該方法是根據(jù)矩陣變換器的功率開(kāi)關(guān)狀態(tài)，定義出輸入電流和輸出電壓的六邊形開(kāi)關(guān)狀態(tài)矢量，然后，按輸入矢量在任意時(shí)刻由其相鄰的兩開(kāi)關(guān)矢量合成，得到每一采樣周期內(nèi)的開(kāi)關(guān)導(dǎo)通比，該技術(shù)已發(fā)展成為較成熟的技術(shù)。Huber和D. Borojivic進(jìn)一步提出了一種基于空間向量調(diào)制技術(shù)的PWM技術(shù)，最大電壓傳輸比可達(dá)到0.866，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)樣機(jī)帶三相感應(yīng)電機(jī)運(yùn)行，證明采用空間向量調(diào)制法的矩陣變換器與理論分析相一致，即具有輸入功率因數(shù)逼近于1，輸出電壓可調(diào)頻調(diào)幅等特點(diǎn)；A. Ishiguro和T. Furuhashi提出輸入雙線電壓瞬時(shí)值法，其調(diào)制實(shí)質(zhì)即任何時(shí)刻輸出電壓為兩個(gè)輸入線電壓合成，從理論分析知當(dāng)輸入電流不對(duì)稱或含有高次諧波時(shí)，控制函數(shù)可以自動(dòng)修正而不需要額外的計(jì)算量。這一點(diǎn)尤其適用于某些電網(wǎng)不夠穩(wěn)定的場(chǎng)合。1992年C. L. Neft和C. D. Schauder 提出了一種應(yīng)用于30馬力矩陣變換器的控制理論和實(shí)現(xiàn)方案，這種方案是一種去除直流中間環(huán)節(jié)的逆變器方法的改進(jìn)，它將控制策略分為“整流”和“逆變”兩部分，三種開(kāi)關(guān)分別看作一種假想的電壓源逆變器?！罢鳌辈糠謱?duì)于每一開(kāi)關(guān)組分別有“正”“負(fù)”兩套開(kāi)關(guān)函數(shù)。

中國(guó)交交矩陣變換器的研究起步較晚，大致從90年代開(kāi)始，南京航空航天大學(xué)、上海大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、清華大學(xué)、湘潭大學(xué)等單位先后在不同的基金贊助下，開(kāi)展了這方面的研究工作，并達(dá)到了一定的水平。

1994年南京航空航天大學(xué)莊心復(fù)教授對(duì)交交矩陣變換器空間矢量調(diào)制原理進(jìn)行仿真和實(shí)驗(yàn)研究。1997年至98年穆新華在莊心復(fù)的指點(diǎn)下對(duì)交交矩陣變換器雙電壓合成原理進(jìn)行了仿真研究。1997年，上海大學(xué)基于空間矢量調(diào)制原理和80C196KC單片機(jī)研制了用IGBT作為功率開(kāi)關(guān)的交交矩陣變換器實(shí)驗(yàn)裝置，綜合指標(biāo)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。1998年西安交通大學(xué)王汝文教授等對(duì)斬波調(diào)制和交交矩陣 變換器控制的普遍性問(wèn)題進(jìn)行了研究，提出了一種功率因數(shù)可調(diào)，輸入電流和輸出電壓為正弦的調(diào)制函數(shù)。1999年，哈爾濱工業(yè)大學(xué)陳學(xué)允、陳希有等專家建立了交交矩陣變換器的等效電路，得到了輸入電流、功率因數(shù)、電壓增益、輸出阻抗等性能指標(biāo)的解析表達(dá)式。同年，陳希有在其博士論文中對(duì)非對(duì)稱輸入條件下三相矩陣式變換器的諧波進(jìn)行了研究。為解決坐標(biāo)變法電壓傳輸比低的問(wèn)題，引進(jìn)線—線換流法和改進(jìn)的線—線換流法，減少了輸出諧波，并將電壓傳輸比提高到0.866。同時(shí)對(duì)幾種不同類型的調(diào)制策略在非對(duì)稱輸入下的諧波狀況進(jìn)行了分析。

還有上海大學(xué)朱賢龍博士以Saber軟件為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建立了基于空間矢量調(diào)制策略的三相/三相矩陣式變換器的仿真模型，提出了一種優(yōu)化控制方法，簡(jiǎn)化了調(diào)制過(guò)程，并降低了開(kāi)關(guān)損耗。在此基礎(chǔ)上，提出了一種三相交交矩陣變換器的優(yōu)化實(shí)現(xiàn)方案。在適當(dāng)犧牲電流波形的基礎(chǔ)上，使功率因數(shù)可以達(dá)到或高于具有直流濾波電感的通用交直交變換器。隨后，陳希有等對(duì)雙電壓合成的交交矩陣變換器控制技術(shù)進(jìn)行了兩點(diǎn)改進(jìn)：一是實(shí)現(xiàn)無(wú)功功率的正負(fù)調(diào)節(jié)；二是改善了在非對(duì)稱輸入電壓情況下的輸入電流波形。2000年湘潭大學(xué)開(kāi)始交交矩陣變換器的研究，取得了一定的成績(jī)，建立了交交矩陣變換器的仿真模型，制作了實(shí)驗(yàn)樣機(jī)。2004年清華大學(xué)孫凱等對(duì)矩陣變換器在電源異常時(shí)的運(yùn)行性能進(jìn)行了分析，制作了實(shí)驗(yàn)樣機(jī)。他們的研究成果對(duì)交交矩陣變換器的分析與設(shè)計(jì)具有較大的指導(dǎo)意義。