[发明专利]一种三相-单相矩阵变换器

说明书

技术领域

本发明涉及一种三相-单相矩阵变换器，属于电力电子变换器的技术领域。

背景技术

三相-单相变频电源有交-交型和交-直-交型两种拓扑结构。而目前所有的交-交型三相-单相矩阵变换器拓扑(桥式拓扑、零式拓扑)都无法实现功率因素校正(PFC)，尤其是在输出单相电源频率较低时，网侧的低次谐波含量大大增加，造成了很大的无功损耗，因此变换器工作效率很低；而对于交-直-交型变换器，虽然可以实现PFC，但必须要在直流母线上连接大容量电解电容来实现前后两级变换器的功率解耦，降低了变换器的稳定性、功率密度和使用寿命。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述背景技术的不足，提供了一种三相-单相矩阵变换器。

本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案：

一种三相-单相矩阵变换器包括：三相滤波电感、开关矩阵、补偿电容、滤波器、检测电路、控制器、隔离驱动电路；其中：

所述开关矩阵包括三个开关组：第一开关组、第二开关组、第三开关组；所述第一开关组、第二开关组、第三开关组分别包括三相双向开关，在每个开关组中，每相双向开关的一端分别与其他两个开关组中相对应的那相双向开关的一端连接，形成三个连接点；

所述三相滤波电感的一端分别与三相交流输入源连接，三相滤波电感的另一端分别与所述三个连接点连接；

所述补偿电容的两极分别与第二开关组中每相双向开关的另一端、第三开关组中每相双相开关的另一端连接；

所述滤波器包括：滤波电容、滤波电感；其中：所述滤波电容的一极、第一开关组中每相双向开关的另一端分别与滤波电感的一端连接，滤波电容的另一极极与第二开关组中每相双向开关的另一端连接，滤波电感的另一端与滤波电容的负极构成三相-单相矩阵变换器的输出端；

所述检测电路的输入端分别与三相-单相矩阵变换器的交流侧和直流侧连接，检测电路的输出端与控制器的输入端连接；

所述控制器的输出端与隔离驱动电路的输入端连接，隔离驱动电路的输出端与开关矩阵中开关管的门极连接。

所述三相-单相矩阵变换器中，每个开关组中的每相双向开关均由两个反向串联的IBGT管组成。

本发明采用上述技术方案，具有以下有益效果：省去了交-直-交型变换器中直流母线上大容量电解电容，提高了变换器的稳定性、功率密度和使用寿命，于此同时也克服了现有三相-单相矩阵变换器输入电流不对称、谐波含量大等缺点。

附图说明

图1为三相-单相矩阵变换器的电路图。

图2为三相-单相矩阵变换器主功率电路示意图。

图3为三相-单相矩阵变换器等效的交-直-交型结构图。

图4(a)是不同输出功率下补偿电容容值与其需承受最高电压的曲线图。

图4(b)是不同输出频率下补偿电容值与其需承受最高电压的曲线图。

图5为虚拟逆变器调制信号控制框图。

图中标号说明：u_a、u_b、u_c为三相交流输入源，L_rea、L_reb、L_rec为三相滤波电感，R_rea、R_reb、R_rec为三相线路的电阻和三相滤波电感的寄生电阻，C_c为补偿电容，C_o为滤波电容、L_o为滤波电感，R_L为输出负载，S_ar、S_br、S_cr为第一开关组，S_as、S_bs、S_cs为第二开关组，S_at、S_bt、S_ct为第三开关组，S_ap、S_bp、S_cp、S_an、S_bn、S_cn为虚拟整流器中的开关，S_pr、S_ps、S_pt、S_nr、S_ns、S_nt为虚拟逆变器中的开关。

具体实施方式

下面结合附图对发明的技术方案进行详细说明：