[发明专利]一种基于LC补偿的buck型三相-单相矩阵变换器

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于LC补偿的buck型三相-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

目前对三相-单相矩阵变换器的研究多集中于对输出电压的控制算法研究，而对输入电流研究较少。由于变换器输出为单相交流电，输出功率为时变功率，因此三相输入电流波形畸变严重，低频谐波含量大，产生谐波污染，功率因素较低。

发明内容

为了解决现有交-交三相-单相矩阵变换器输入电流畸变严重，低频谐波含量大等问题，本发明提供了一种基于LC补偿的buck型三相-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：

一种基于LC补偿的buck型三相-单相矩阵变换器其包括：功率补偿LC、矩阵变换器主功率电路、矩阵变换器控制器、输入输出滤波器、I GBT驱动电路、反馈电路、采样保护电路；其中：

所述功率补偿LC电容为无极性CBB电容，其承载的电压为交流电压，吸收脉动能量，串联电感起到限流、储能的作用。

所述矩阵变换器主功率电路包括9个双向开关，每个双向开关由两个反向并联的IBGT组成。每个双向开关有一个输入端一个输出端，将有同一个输出端的3个双向开关作为一个双向开关模块，共有三个双向开关模块，每个双向开关模块的3个输入端与三相电源连接。设三个双向开关模块的输出端为A、B、C三个端口，滤波电感、滤波电容串联，接在端口A、C之间，滤波电容的两端为变换器的输出端，功率补偿相电感电容串联，接在端口B、C之间。

矩阵变换器控制器由DSP和CPLD组成，反馈信号经过DSP计算处理后得到占空比信号，再经过CPLD译码电路得到开关管的控制信号。控制信号经过延时电路延时后再通过IGBT驱动电路驱动双向开关。

附图说明

图1是本发明系统框图

图2是基于LC补偿的buck型三相-单相矩阵变换器主功率电路示意图

图3是基于LC补偿的buck型三相-单相矩阵变换器等效交-直-交拓扑图

图4是不同输出频率下补偿电容值与其最高电压的曲线图

图5是有无LC补偿三相-单相矩阵变换器三相输入电流仿真波形及其THD

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：

如图1所示的三相-单相矩阵变换器，包括功率补偿相L_com与C_com、矩阵变换器主功率电路、矩阵变换器控制器、三相输入滤波器、IGBT驱动电路、反馈电路、采样保护电路、输出滤波器：电感L_out、电容C_out。

如图2所示的基于LC补偿的buck型三相-单相矩阵变换器主功率电路，输出共两相：变换器的输出相和功率补偿相。通过控制功率补偿相的瞬时功率，使得变换器的总输出瞬时功率为一恒定值，由于矩阵变换器输入功率等于输出功率，由此三相输入电流可为较好的正弦电流。

如图3所示为基于LC补偿三相-单相矩阵变换器的等效交-直-交拓扑，通过对功率补偿相电流的控制，使得直流母线上的电流无低频分量，如此输入电流经过调制后可得到较好的正弦波，无低频谐波。

基于LC补偿的buck型三相-单相矩阵变换器工作原理如下：由于变换器输出为单相交流输出，其输出功率为时变功率，而矩阵变换器无储能环节，输入功率等于输出功率，因此三相输入电流无法正弦化，其必定含有低频谐波。本发明通过对功率补偿相的控制使得输入功率为一恒定值，由此输入电流可调制为正弦波。

单相输出时虚拟直流母线电流分析：设单相输出电压调制函数为S＝m·sin(ω_outt)，三相-单相矩阵变换器单相输出电流为i_out＝I_out·sin(ω_outt-θ)，则其对虚拟直流母线电流的影响I_dc-r为：