矩阵式变换器双向开关四步换流技术研究

电源技术论文矩阵式变换器双向开关四步换流技术研究摘要:对矩阵式变换器(MC)中双向开关的安全换流课题进行了研究。分析了各种换流方案,进而提出采用可编程逻辑元件(GAL)的四步换流方案,仿真和实验的结果证实了这种换流方案的可行性与可靠性。关键词:矩阵式变换器;双向开关;可编程逻辑器件;四步换流引言1979年,意大利学者M.Venturini第一次提出了矩阵式变换器存在理论及控制策略。与传统的交—交变频器及交—直—交变频器相比,矩阵式变频器具有明显的优点:高功率因数、低谐波污染、可四象限运行、无中间储能环节、体积小且效率高。随着交流变频调速技术成为当代电气传动中实现自动化和节能的主要技术手段,矩阵式变换器(MC)的研究已成为电力电子技术研究的热点之一。1矩阵式变换器及双向开关图1是矩阵式变换器的原理性结构,它可用一个虚拟的整流器和虚拟的逆变器构成。采用这样的结构可以充分利用交—直—交变换器中成熟的PWM技术。三相矩阵式变换器采用9个双向开关组成3×3的矩阵式结构,因而三相输入中的任意一相可与三相输出的任意一线相连,采用一定的开关控制策略可使输出线间平均输出电压为所需频率下的正弦调制电压,同时可使输入电流正弦并与输入电压同相。调制过程中,组成双向开关的单向器件间的换流是矩阵式变换器实现中的关键。目前常用的IGBT组合双向开关主要有3种形式,即由单个IGBT和二极管组合成的桥式双向开关,共发射极反向串联IGBT组合的双向开关和共集电极反向串联IGBT组合的双向开关,如图2所示。桥式组合双向开关任意时刻都有三个器件参与导通,导通压降较大,损耗较高。共发射极和共集电极反向串联IGBT组合双向开关使用两个IGBT,利用器件内部的续流二极管以阻挡反向电压,结构紧凑,方便简单,开关损耗也较低,故获得了广泛的应用