矩陣式變換器技術(shù)及其應(yīng)用

本書內(nèi)容主要包括多電平變換器基本電路和一系列衍生拓?fù)涞慕Y(jié)構(gòu)和工作原理、多電平變換器的數(shù)字建模和分析方法、多電平變換器的軟開關(guān)技術(shù)、多電平變換器的調(diào)制和控制技術(shù)、多電平變換器的可靠性分析和容錯技術(shù)以及多電平變換器的應(yīng)用和設(shè)計。.

本書集理論性和應(yīng)用性于一體，并具有較強的創(chuàng)新性，適合高等學(xué)校電氣工程及相關(guān)學(xué)科的師生使用，也可供從事相關(guān)工作的工程技術(shù)人員參考。

人們發(fā)現(xiàn)，采用全控器件，不僅可以對輸入相移進(jìn)行控制，還能對輸入電流波形進(jìn)行控制。80年代末，矩陣式變換器問世了。早期的實驗裝置由于工作頻率不夠高及換流技術(shù)不完善，輸出頻率都很低，通常低于電網(wǎng)頻率，但突破以往交—交變換器的上限。隨著電力電子器件制造及應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，矩陣式變換器的研制形成了一個熱點。構(gòu)成雙向開關(guān)的單向開關(guān)間多步換流控制技術(shù)被推廣開來，裝置的性能得到了極大的提高，最高輸出頻率達(dá)到了電網(wǎng)頻率的2～3倍，輸入側(cè)電流波形畸變率小于2%，用于恒壓頻比、電流跟蹤及矢量控制等，取得了一定成果。與此同時，由于計算機軟、硬件的迅猛發(fā)展，在采用理論分析和實驗相結(jié)合的基礎(chǔ)上，更多地采用了仿真方法，以進(jìn)一步提高的研究地深度和廣度，提高研究的效率。其中最引人注意的有南斯拉夫?qū)W者L.Huber 和美國教授D.Bdrojecvic提出的基于空間矢量調(diào)制的控制技術(shù)，并成功地研制出了2kW實驗樣機，臺灣學(xué)者潘晴財基于電流滯環(huán)跟蹤和軟開關(guān)技術(shù)，提出了另一種實現(xiàn)方法。英國學(xué)者Watthanasarn 等基于DSP和IGBT硬件條件完成了2kW的實驗樣機。1997年英國學(xué)者P.Wheeler和D.Grant提出了一種對構(gòu)成雙向開關(guān)的單向開關(guān)間切換實現(xiàn)四步換流的低開關(guān)損耗和優(yōu)化輸入濾波器的矩陣式變換器仿真研究，并研制出了5kW的實驗裝置。

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?，但直?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是要求

大容量、高開關(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主回路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及雙向開關(guān)的實現(xiàn)，大多都處于理論研究階段，很少有面向工業(yè)實際的研究。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鐘信號，該時鐘信號相移，取決于輸入電壓，第二傳輸電路接收參考電壓與輸入時鐘信號，且輸出參考時鐘信號，該時鐘信號相移，取決于參考電壓，比較輸出時鐘信號與參考時鐘信號的比較器輸出一數(shù)據(jù)卡輸出信號。

直流-直流變換器

直流-直流變換器有三個電感、兩個電容、一個主開關(guān)和一個次開關(guān)、一個主整流器和一個次整流器以及一個具有一個初級繞組和一個次級繞組的變壓器。主開關(guān)和次開關(guān)按照控制信號交替地導(dǎo)通，電流流過變壓器的初級繞組，因此，轉(zhuǎn)移能量到次級繞組，一個主整流器和一個次整流器按照從初級繞組變換來的能量而動作，以獲得經(jīng)過第三個電感器的固定電流，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橋二極管單元來提供電流路徑，通過功率因數(shù)提高單元傳輸能量到電壓平滑電容器。電壓平滑電容器儲存由橋二極管單元所提供的能量。開關(guān)單元有兩個開關(guān)與電壓平滑電容器的兩端間串聯(lián)。其中功率因數(shù)提高單元供給開關(guān)的公共連接點電壓，構(gòu)成轉(zhuǎn)換單元反饋到輸入電容器的公共連接點，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關(guān)單元中的導(dǎo)通損耗提高輸入端的功率因數(shù)。