矩阵式变换器的研究工作为何受到重视?
21ic 2024-07-08

变换器早在1970年代就已经被大神们提出来了,随着时代的发展,变换器也逐渐变得更为成熟。为增进大家对变换器的认识,本文将对变换器的研究发展予以介绍。如果你对变换器或是本文内容具有兴趣,不妨和小编一起来继续往下阅读哦。

变换器,是将信源发出的信息按一定的目的进行变换。矩阵式变换器是一种新型的交-交电源变换器。和传统的变换器相比,它具有如下优点:不需要中间直流储能环节;能够四象限运行;具有优良的输入电流波形和输出电压波形;可自由控制的功率因数。矩阵式变换器已成为电力电子技术研究的热点之一,并有着广泛的应用前景。

1976年,矩阵式变换器的概念和电路拓扑形式由L.Gyugyi和 B.R.Pelly首先提出。1979年意大利学者M.Ventutini和A.Alesina证明这种频率变换器的存在,促进了矩阵式变换器的迅速发展。他们首先在理论上证明了N相输入、P相输出的矩阵式逆变器的实现条件,同时给出了一种电压控制策略,这种控制策略虽然解决了矩阵式变换器的谐波问题,但也有输出输入电压比小于0.5的严重缺陷。进入20世纪80年代后期,随着电力电子技术和计算机控制技术的发展,矩阵变换器的研究工作越来越被人们所重视。为了解决M.Venturini和A.Alesina控制方案的不足,先后有许多学者对矩阵变换器进行了一系列的研究,并从不同的角度提出了不同的控制方案。国外对于矩阵变换器的研究进入大发展阶段。

1989年,日本学者J. Oyama等提出了一种最大最小输入电压调制技术,该技术认为输出电压最小的相总是与输入电压最小的相相连,其余两相则利用PWM 调制技术对输入电压进行调制,输出线电压的最大值总是等于最大输入线电压函数的最小值,即输出线电压总是在输入线电压的包络线之内。同年,还有南斯拉夫学者L.Huber和美国学者D.Borojevic提出了基于电压空间矢量调制技术的方法。该方法是根据矩阵变换器的功率开关状态,定义出输入电流和输出电压的六边形开关状态矢量,然后,按输入矢量在任意时刻由其相邻的两开关矢量合成,得到每一采样周期内的开关导通比,该技术已发展成为较成熟的技术。Huber和D. Borojivic进一步提出了一种基于空间向量调制技术的PWM技术,最大电压传输比可达到0.866,并通过实验样机带三相感应电机运行,证明采用空间向量调制法的矩阵变换器与理论分析相一致,即具有输入功率因数逼近于1,输出电压可调频调幅等特点;A. Ishiguro和T. Furuhashi提出输入双线电压瞬时值法,其调制实质即任何时刻输出电压为两个输入线电压合成,从理论分析知当输入电流不对称或含有高次谐波时,控制函数可以自动修正而不需要额外的计算量。这一点尤其适用于某些电网不够稳定的场合。1992年C. L. Neft和C. D. Schauder 提出了一种应用于30马力矩阵变换器的控制理论和实现方案,这种方案是一种去除直流中间环节的逆变器方法的改进,它将控制策略分为“整流”和“逆变”两部分,三种开关分别看作一种假想的电压源逆变器。“整流”部分对于每一开关组分别有“正”“负”两套开关函数。

人们发现,采用全控器件,不仅可以对输入相移进行控制,还能对输入电流波形进行控制。80年代末,矩阵式变换器问世了。早期的实验装置由于工作频率不够高及换流技术不完善,输出频率都很低,通常低于电网频率,但突破以往交—交变换器的上限。随着电力电子器件制造及应用技术的发展,矩阵式变换器的研制形成了一个热点。构成双向开关的单向开关间多步换流控制技术被推广开来,装置的性能得到了极大的提高,最高输出频率达到了电网频率的2~3倍,输入侧电流波形畸变率小于2%,用于恒压频比、电流跟踪及矢量控制等,取得了一定成果。与此同时,由于计算机软、硬件的迅猛发展,在采用理论分析和实验相结合的基础上,更多地采用了仿真方法,以进一步提高的研究地深度和广度,提高研究的效率。其中最引人注意的有南斯拉夫学者L.Huber 和美国教授D.Bdrojecvic提出的基于空间矢量调制的控制技术,并成功地研制出了2kW实验样机,台湾学者潘晴财基于电流滞环跟踪和软开关技术,提出了另一种实现方法。英国学者Watthanasarn 等基于DSP和IGBT硬件条件完成了2kW的实验样机。1997年英国学者P.Wheeler和D.Grant提出了一种对构成双向开关的单向开关间切换实现四步换流的低开关损耗和优化输入滤波器的矩阵式变换器仿真研究,并研制出了5kW的实验装置。

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