專利名稱：一種基于LC補償?shù)腷uck型三相-單相矩陣變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于LC補償?shù)腷uck型三相-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)：
目前對三相-單相矩陣變換器的研究多集中于對輸出電壓的控制算法研究，而對輸入電流研究較少。由于變換器輸出為單相交流電，輸出功率為時變功率，因此三相輸入電流波形畸變嚴重，低頻諧波含量大，產(chǎn)生諧波污染，功率因素較低。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有交-交三相-單相矩陣變換器輸入電流畸變嚴重，低頻諧波含量大 等問題，本發(fā)明提供了一種基于LC補償?shù)腷uck型三相-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)方案一種基于LC補償?shù)腷uck型三相-單相矩陣變換器其包括功率補償LC、矩陣變換器主功率電路、矩陣變換器控制器、輸入輸出濾波器、I GBT驅(qū)動電路、反饋電路、采樣保護電路；其中所述功率補償LC電容為無極性CBB電容，其承載的電壓為交流電壓，吸收脈動能量，串聯(lián)電感起到限流、儲能的作用。所述矩陣變換器主功率電路包括9個雙向開關(guān)，每個雙向開關(guān)由兩個反向并聯(lián)的IBGT組成。每個雙向開關(guān)有一個輸入端一個輸出端，將有同一個輸出端的3個雙向開關(guān)作為一個雙向開關(guān)模塊，共有三個雙向開關(guān)模塊，每個雙向開關(guān)模塊的3個輸入端與三相電源連接。設(shè)三個雙向開關(guān)模塊的輸出端為A、B、C三個端口，濾波電感、濾波電容串聯(lián)，接在端口 A、C之間，濾波電容的兩端為變換器的輸出端，功率補償相電感電容串聯(lián)，接在端口 B、C之間。矩陣變換器控制器由DSP和CPLD組成，反饋信號經(jīng)過DSP計算處理后得到占空比信號，再經(jīng)過CPLD譯碼電路得到開關(guān)管的控制信號?？刂菩盘柦?jīng)過延時電路延時后再通過IGBT驅(qū)動電路驅(qū)動雙向開關(guān)。


圖I是本發(fā)明系統(tǒng)框2是基于LC補償?shù)腷uck型三相-單相矩陣變換器主功率電路示意3是基于LC補償?shù)腷uck型三相-單相矩陣變換器等效交-直-交拓撲4是不同輸出頻率下補償電容值與其最高電壓的曲線5是有無LC補償三相-單相矩陣變換器三相輸入電流仿真波形及其THD
具體實施方式
下面結(jié)合附圖對發(fā)明的技術(shù)方案進行詳細說明如圖I所示的三相-單相矩陣變換器，包括功率補償相Lcom與Cram、矩陣變換器主功率電路、矩陣變換器控制器、三相輸入濾波器、IGBT驅(qū)動電路、反饋電路、采樣保護電路、輸出濾波器電感Ltjut、電容Ctjut。如圖2所示的基于LC補償?shù)腷uck型三相-單相矩陣變換器主功率電路，輸出共兩相變換器的輸出相和功率補償相。通過控制功率補償相的瞬時功率，使得變換器的總輸出瞬時功率為一恒定值，由于矩陣變換器輸入功率等于輸出功率，由此三相輸入電流可為較好的正弦電流。如圖3所示為基于LC補償三相-單相矩陣變換器的等效交-直-交拓撲，通過對功率補償相電流的控制，使得直流母線上的電流/I.無低頻分量，如此輸入電流經(jīng)過調(diào)制后可得到較好的正弦波，無低頻諧波?；贚C補償?shù)腷uck型三相-單相矩陣變換器工作原理如下由于變換器輸出為單相交流輸出，其輸出功率為時變功率，而矩陣變換器無儲能環(huán)節(jié)，輸入功率等于輸出功率，因此三相輸入電流無法正弦化，其必定含有低頻諧波。本發(fā)明通過對功率補償相的控制使得輸入功率為一恒定值，由此輸入電流可調(diào)制為正弦波。單相輸出時虛擬直流母線電流分析設(shè)單相輸出電壓調(diào)制函數(shù)為S =m · sin (ω outt),三相-單相矩陣變換器單相輸出電流為i。# = Iout · sin (ω outt- θ )，則其對虛擬直流母線電流的影響Id 為= · w · cos 6 -^ · w · cos (2ωυνΙ -θ)(I)·
式中，m為單相輸出電壓的調(diào)制系數(shù)，是單相輸出電壓的頻率，Θ為負載滯后角。由式⑴可知，虛擬直流母線上的電流Id 除含有直流分量外還含有一個二倍輸出頻率的低頻脈動。虛擬整流環(huán)節(jié)虛擬整流器的6個功率開關(guān)管共有9種開關(guān)組合，對應(yīng)9個空間電流矢量出個非零矢量和3個零矢量)，對輸入電流采用空間矢量法調(diào)制，得到輸入電流與虛擬直流母線電流之間的關(guān)系為
1 「cosO/-爐,)
4 =mr cos((y；-^-120°) -Tdc(2)
ic _ cos(o>i -ψ + \ 20°)式中Hii為輸入電流調(diào)制系數(shù)，為虛擬直流母線上的電流。由上式可以看出輸入電流為正弦波的前提是直流母線電流只含有直流分量，無低頻諧波成分。由式⑴可知，當(dāng)輸出為單相交流輸出時，虛擬直流母線上的電流Id 除含有直流分量外還含有一個二倍輸出頻率的低頻脈動。如將式(I)的虛擬直流母線電流帶入公式
(2)可得當(dāng)變換器輸出為單相交流輸出時三相輸入電流表達式為
權(quán)利要求
1.一種基于LC補償?shù)腷uck型三相-單相矩陣變換器，其特征在于包括功率補償LC、矩陣變換器主功率電路、矩陣變換器控制器、輸入輸出濾波器、電流電壓反饋電路，采樣保護電路，其中 功率補償LC電容為無極性CBB電容，其承載的電壓為交流電壓，串聯(lián)電感起到限流、儲能的作用。
矩陣變換器主功率電路包括9個雙向開關(guān)，每個雙向開關(guān)由兩個反向并聯(lián)的I BGT組成。每個雙向開關(guān)有一個輸入端一個輸出端，將有同一個輸出端的3個雙向開關(guān)作為一個雙向開關(guān)模塊，共有三個雙向開關(guān)模塊，每個雙向開關(guān)模塊的3個輸入端與三相電源連接。設(shè)三個雙向開關(guān)模塊的輸出端為A、B、C三個端口，濾波電感、濾波電容串聯(lián)，接在端口 A、C之間，濾波電容的兩端為變換器的輸出端，功率補償相電感電容串聯(lián)，接在端口 B、C之間。
矩陣變換器控制器由DSP和CPLD組成，反饋信號經(jīng)過DSP計算處理后得到占空比信號，再經(jīng)過CPLD譯碼電路得到開關(guān)管的控制信號。控制信號經(jīng)過延時電路延時后再通過IGBT驅(qū)動電路驅(qū)動雙向開關(guān)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于LC補償buck型三相-單相矩陣變換器，其特征在于由小容量LC構(gòu)成單相輸出脈動功率吸收電路，其容量大小隨輸出頻率的增加而大幅度減小，尤其適用于航空或民用機場單相交流供電。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于LC補償?shù)腷uck型三相-單相矩陣變換器，它包括功率補償LC、矩陣變換器主功率電路、矩陣變換器控制器、輸入輸出濾波器、采樣保護電路、IGBT驅(qū)動電路等；原理如下將三相輸入電流矢量控制和單相逆變SPWM控制用于三相-單相矩陣變換器可以得到較好的單相交流電，通過對功率補償相LC電流電壓的控制使其吸收單相輸出的脈動功率，如此使得變換器輸入功率為恒功率，變換器的輸入電流可調(diào)制為較好的正弦波。矩陣變換器控制器通過IGBT驅(qū)動電路驅(qū)動主功率電路，濾波器用于濾除開關(guān)頻率附近的高次諧波。本發(fā)明適用于小功率AC-AC變換，其補償單元容量小，補償效果良好，對三相輸入-單相輸出矩陣變換器輸入性能的改善很有意義。
文檔編號H02M1/12GK102931853SQ201210325500
公開日2013年2月13日 申請日期2012年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月6日
發(fā)明者李后春, 葛紅娟, 張文彬, 蘇國慶, 閆凱 申請人:南京航空航天大學(xué)