專利名稱：一種三相-單相矩陣變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種三相-單相矩陣變換器，屬于電力電子變換器的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
三相-單相變頻電源有交-交型和交-直-交型兩種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。而目前所有的交-交型三相-單相矩陣變換器拓?fù)?橋式拓?fù)?、零式拓?fù)?都無法實(shí)現(xiàn)功率因素校正 (PFC)，尤其是在輸出單相電源頻率較低時(shí)，網(wǎng)側(cè)的低次諧波含量大大增加，造成了很大的無功損耗，因此變換器工作效率很低；而對(duì)于交-直-交型變換器，雖然可以實(shí)現(xiàn)PFC，但必須要在直流母線上連接大容量電解電容來實(shí)現(xiàn)前后兩級(jí)變換器的功率解耦，降低了變換器的穩(wěn)定性、功率密度和使用壽命。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)上述背景技術(shù)的不足，提供了一種三相-單相矩陣變換器。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案一種三相-單相矩陣變換器包括三相濾波電感、開關(guān)矩陣、補(bǔ)償電容、濾波器、檢測(cè)電路、控制器、隔離驅(qū)動(dòng)電路；其中所述開關(guān)矩陣包括三個(gè)開關(guān)組第一開關(guān)組、第二開關(guān)組、第三開關(guān)組；所述第一開關(guān)組、第二開關(guān)組、第三開關(guān)組分別包括三相雙向開關(guān)，在每個(gè)開關(guān)組中，每相雙向開關(guān)的一端分別與其他兩個(gè)開關(guān)組中相對(duì)應(yīng)的那相雙向開關(guān)的一端連接，形成三個(gè)連接點(diǎn)；所述三相濾波電感的一端分別與三相交流輸入源連接，三相濾波電感的另一端分別與所述三個(gè)連接點(diǎn)連接；所述補(bǔ)償電容的兩極分別與第二開關(guān)組中每相雙向開關(guān)的另一端、第三開關(guān)組中每相雙相開關(guān)的另一端連接；所述濾波器包括濾波電容、濾波電感；其中所述濾波電容的一極、第一開關(guān)組中每相雙向開關(guān)的另一端分別與濾波電感的一端連接，濾波電容的另一極極與第二開關(guān)組中每相雙向開關(guān)的另一端連接，濾波電感的另一端與濾波電容的負(fù)極構(gòu)成三相-單相矩陣變換器的輸出端；所述檢測(cè)電路的輸入端分別與三相-單相矩陣變換器的交流側(cè)和直流側(cè)連接，檢測(cè)電路的輸出端與控制器的輸入端連接；所述控制器的輸出端與隔離驅(qū)動(dòng)電路的輸入端連接，隔離驅(qū)動(dòng)電路的輸出端與開關(guān)矩陣中開關(guān)管的門極連接。所述三相-單相矩陣變換器中，每個(gè)開關(guān)組中的每相雙向開關(guān)均由兩個(gè)反向串聯(lián)的IBGT管組成。本發(fā)明采用上述技術(shù)方案，具有以下有益效果省去了交-直-交型變換器中直流母線上大容量電解電容，提高了變換器的穩(wěn)定性、功率密度和使用壽命，于此同時(shí)也克服了現(xiàn)有三相-單相矩陣變換器輸入電流不對(duì)稱、諧波含量大等缺點(diǎn)。


圖1為三相-單相矩陣變換器的電路圖。圖2為三相-單相矩陣變換器主功率電路示意圖。圖3為三相-單相矩陣變換器等效的交-直-交型結(jié)構(gòu)圖。圖4(a)是不同輸出功率下補(bǔ)償電容容值與其需承受最高電壓的曲線圖。圖4(b)是不同輸出頻率下補(bǔ)償電容值與其需承受最高電壓的曲線圖。圖5為虛擬逆變器調(diào)制信號(hào)控制框圖。圖中標(biāo)號(hào)說明ua、ub、Uc為三相交流輸入源，Lrea, Lreb, Lrec為三相濾波電感，Rrea> Rreb> Rrec為三相線路的電阻和三相濾波電感的寄生電阻，Cc為補(bǔ)償電容，C0為濾波電容、L0 為濾波電感，Rl為輸出負(fù)載，Sar, Sbr, Scr為第一開關(guān)組，Sas, Sbs, Scs為第二開關(guān)組，Sat, Sbo Sct為第三開關(guān)組，Sap, Sbp, Scp, San, Sbn, Scn為虛擬整流器中的開關(guān)，Spr, Sps, Spt, Snr, Sns, Snt為虛擬逆變器中的開關(guān)。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明如圖1所示的三相-單相矩陣變換器，包括三相濾波電感L,ea、Lreb、L,e。，開關(guān)矩陣、 補(bǔ)償電容C。、濾波器、檢測(cè)電路、控制器、隔離驅(qū)動(dòng)電路。濾波器包括濾波電容C。、濾波電感L。。開關(guān)矩陣包括第一開關(guān)組、第二開關(guān)組、第三開關(guān)組。第一開關(guān)組包括S 、Sbr, S…用于控制變換器的輸出。第二開關(guān)組包括Sas、Sbs、S。s，是第一開關(guān)組和第三開關(guān)組的公共開關(guān)組。第三開關(guān)組包括&t、sbt、s。t，用于控制補(bǔ)償電容的輸出。S 、Sas、Sat的一端連接， Sbr> Sbs, Sbt的一端連接，Scr, Scs, Sct的一端連接分別形成三個(gè)結(jié)點(diǎn)。三相濾波電感LMa、Lreb, Lrec的一端分別與三相交流輸入源ua、ub、Uc連接，三相濾波電感L_、Lreb, Lrec的另一端分別與所述三個(gè)連接點(diǎn)連接。補(bǔ)償電容的兩極C。分別與第二開關(guān)組中三相雙向開關(guān)&s、Sbs, Scs的另一端、第三開關(guān)組中三相雙相開關(guān)&t、Sbo Sct的另一端連接。濾波器包括濾波電容C。、濾波電感L。。濾波電容C。的正極、第一開關(guān)組中三相雙向開關(guān)jto、Sra的另一端分別與濾波電感L。的一端連接，濾波電容C。的負(fù)極與第二開關(guān)組中三相雙向開關(guān)&s4bs、S。s的另一端連接，濾波電感L。的另一端與濾波電容C。的負(fù)極構(gòu)成三相-單相矩陣變換器的輸出端。檢測(cè)電路的輸入端分別與三相-單相矩陣變換器的交流側(cè)和直流側(cè)連接，檢測(cè)電路的輸出端與控制器的輸入端連接?？刂破鞯妮敵龆伺c隔離驅(qū)動(dòng)電路的輸入端連接，隔離驅(qū)動(dòng)電路的輸出端與開關(guān)矩陣中開關(guān)管的門極連接。RMa、RMb、Rre。分別表示A、B、C三相線路的電阻和三相濾波電感的寄生電阻。檢測(cè)電路包括霍爾電壓傳感器、霍爾電流傳感器。 變換器交流側(cè)的霍爾電壓傳感器用于測(cè)量三相交流輸入源的三相電壓，霍爾電流傳感器用于測(cè)量三相交流輸入源的三相電流，變換器虛擬逆變側(cè)的霍爾電壓傳感器用于測(cè)量補(bǔ)償電容電壓和三相-單相矩陣變換器輸出端的單相輸出電壓。
如圖2所示的三相-單相矩陣變換器主功率電路，包括三相-單相矩陣變換器橋式電路和單相脈動(dòng)功率吸收電路。三相-單相矩陣變換器橋式電路包括第一開關(guān)組、第二開關(guān)組以及濾波器。單脈動(dòng)功率吸收電路包括第二開關(guān)組、第三開關(guān)組以及補(bǔ)償電容。三相-單相矩陣變換器橋式電路交流輸入側(cè)連接的三相濾波電感構(gòu)成了 PFC環(huán)節(jié)。三相-單相矩陣變換器主功率電路的工作原理如下由于輸出為單相電源，單相電源的輸出功率是一個(gè)時(shí)變功率，該時(shí)變功率可以等效為一個(gè)恒定功率分量P。和一個(gè)二倍輸出頻率的脈動(dòng)功率分量玲的疊加，如果不加入功率補(bǔ)償電路，則該脈動(dòng)功率將直接影響到三相輸入瞬時(shí)功率，使其跟隨輸入功率實(shí)時(shí)變化，難以實(shí)現(xiàn)輸入PFC控制，因此為使三相輸入瞬時(shí)功率為一恒定值，本發(fā)明通過單相脈動(dòng)功率吸收電路中的補(bǔ)償電容對(duì)該脈動(dòng)功率進(jìn)行功率實(shí)時(shí)補(bǔ)償，使三相輸入瞬時(shí)功率始終等于有功功率P。，而脈動(dòng)功率全部被補(bǔ)償電容吸收。把三相-單相矩陣變換器等效為如圖3所示的交-直-交型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，等效電路的工作原理為通過補(bǔ)償電容C。的充電和放電來完成輸入、輸出功率解耦，抑制了輸出側(cè)的脈動(dòng)功率玲對(duì)三相瞬時(shí)輸入功率的影響，保證三相瞬時(shí)功率是恒功率輸入。對(duì)于虛擬逆變環(huán)節(jié)先忽略補(bǔ)償電容C。上的電壓U。。對(duì)直流母線電壓的作用，則開關(guān)(、，SJ的控制信號(hào)由調(diào)制波4 1=皿^0300()1和載波交截得到(如附圖5所示)，則三相-單相矩陣變換器橋式輸出電壓對(duì)虛擬直流母上的影響Vd。m為
權(quán)利要求
1.一種三相-單相矩陣變換器，其特征在于包括三相濾波電感、開關(guān)矩陣、補(bǔ)償電容、 濾波器、檢測(cè)電路、控制器、隔離驅(qū)動(dòng)電路；其中所述開關(guān)矩陣包括三個(gè)開關(guān)組第一開關(guān)組、第二開關(guān)組、第三開關(guān)組；所述第一開關(guān)組、第二開關(guān)組、第三開關(guān)組分別包括三相雙向開關(guān)，在每個(gè)開關(guān)組中，每相雙向開關(guān)的一端分別與其他兩個(gè)開關(guān)組中相對(duì)應(yīng)的那相雙向開關(guān)的一端連接，形成三個(gè)連接點(diǎn)；所述三相濾波電感的一端分別與三相交流輸入源連接，三相濾波電感的另一端分別與所述三個(gè)連接點(diǎn)連接；所述補(bǔ)償電容的兩極分別與第二開關(guān)組中每相雙向開關(guān)的另一端、第三開關(guān)組中每相雙相開關(guān)的另一端連接；所述濾波器包括濾波電容、濾波電感；其中所述濾波電容的一極、第一開關(guān)組中每相雙向開關(guān)的另一端分別與濾波電感的一端連接，濾波電容的另一極極與第二開關(guān)組中每相雙向開關(guān)的另一端連接，濾波電感的另一端與濾波電容的負(fù)極構(gòu)成三相-單相矩陣變換器的輸出端；所述檢測(cè)電路的輸入端分別與三相-單相矩陣變換器的交流側(cè)和直流側(cè)連接，檢測(cè)電路的輸出端與控制器的輸入端連接；所述控制器的輸出端與隔離驅(qū)動(dòng)電路的輸入端連接，隔離驅(qū)動(dòng)電路的輸出端與開關(guān)矩陣中開關(guān)管的門極連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三相-單相矩陣變換器，其特征在于所述每個(gè)開關(guān)組中的每相雙向開關(guān)均由兩個(gè)反向串聯(lián)的IBGT管組成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種三相-單相矩陣變換器，包括三相濾波電感、開關(guān)矩陣、補(bǔ)償電容、濾波器、檢測(cè)電路、控制器、隔離驅(qū)動(dòng)電路；其中三項(xiàng)濾波電感用于減小輸入電流與輸入電壓的相位差，開關(guān)矩陣將三相交流電轉(zhuǎn)化為單相直流電后再轉(zhuǎn)換為單相交流電，補(bǔ)償電容吸收單相脈動(dòng)功率，濾波器對(duì)單相交流電濾波后平滑輸出，檢測(cè)電路用于檢測(cè)三相-單相矩陣變換器的交流側(cè)和直流側(cè)的電流電壓，然后將檢測(cè)結(jié)果輸出至控制器，控制器通過隔離驅(qū)動(dòng)電路控制開關(guān)矩陣。本發(fā)明省去了交-直-交型變換器中直流母線上大容量電解電容，提高了變換器的穩(wěn)定性、功率密度和使用壽命，克服了現(xiàn)有三相-單相矩陣變換器輸入電流不對(duì)稱、諧波含量大等缺點(diǎn)。
文檔編號(hào)H02M5/42GK102570848SQ201210004058
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2012年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月9日
發(fā)明者張文彬, 徐媛媛, 李后春, 葛紅娟, 許柏宏, 閆凱 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)