[发明专利]一种移相型三相高频链矩阵式逆变器拓扑结构及调制方法

说明书

本发明公开了一种移相型三相高频链矩阵式逆变器拓扑结构及调制方法，所述移相型三相高频链矩阵式逆变器拓扑由全桥逆变器、变压器T、矩阵变换器、LC型滤波器依次连接构成；该拓扑结构通过引入两只钳位二极管和谐振电感来抑制电压振荡和电压尖峰；所采用的单极性移相控制策略与传统意义上的移相控制的区别在于单极性移相控制策略的移相角是不断变化的，变压器后级的矩阵式变换器可以解耦成两个普通电压型逆变器进行控制，在解结耦单极性移相调制方法下，可以实现拓扑中所有可控开关管的零电压开关，可减小开关管损耗，提高变换器的效率。本发明具有功率变换等级少、控制方法简单、电路稳定性高等优点。

技术领域

本发明涉及电力电子功率变换器拓扑及调制领域，尤其是一种移相型三相高频链矩阵式逆变器拓扑结构及调制方法。

背景技术

逆变器是一种把直流电能转换成交流电能的拓扑装置。高频链逆变器采用变压器替代工频变压器克服了传统变压器体积大、噪声大、成本高等缺点。高频链矩阵式逆变器的变换过程有DC/HFAC/LFAC三种功率特征，其中，HFAC：高频交流，LFAC：低频交流。可知此类逆变器中出现了DC/AC即直流/交流逆变环节，该环节位于变压器原边，又出现了AC/AC即交流/交流变换环节，该环节也常称为矩阵变换器环节，位于变压器副边。矩阵变换器与传统变换器相比，没有中间储能环节，采用双向开关，可以实现能量的双向流动，结构紧凑、体积小、效率高，且输出电压幅值和频率可以独立控制。

由于变压器漏感的存在，高频链矩阵式逆变器换流时，在变压器副边矩阵变换器的功率管上产生较大的电压过冲，因此变压器副边矩阵变换器的安全换流一直是制约高频链逆变器实现大范围推广的技术难点。目前主要有以下几种安全换流策略：①通过加入有源箝位来抑制电压过冲，可以实现软开关，但引入的箝位电路增加了成本，增加的可控功率管也使控制更为复杂；②单极性和双极性移相控制策略借助矩阵变换器的换流重叠实现了电感电流的自然换流，并且实现了功率管的ZVS，但存在换流重叠时间不易控制等问题；③在前级逆变器引入串联谐振电路来实现功率管的软换流，此时要求功率管切换发生在零电流时刻，且控制输出能量需要判断谐振电路谐振工作状态，使得控制方式复杂。

然而，上述策略虽然能够实现安全换流，但造成逆变器的调制和控制更为复杂，导致系统可靠性降低以致影响了该类变换器的推广使用。

发明内容

针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种移相型三相高频链矩阵式逆变器拓扑结构及调制方法。本发明功率变换等级少、调制简单，并与电压型解结耦相结合实现单极性前级移相调制方法。

为实现上述目的，本发明是根据以下技术方案实现的：

本发明的一种移相型三相高频链矩阵式逆变器拓扑结构，其特征在于，包括全桥逆变器、变压器T、矩阵变换器、LC型滤波器，各部件依次连接构成；

其中，所述全桥逆变器由直流输入电压U_i、可控开关管S₁、可控开关管S₂、可控开关管S₃、可控开关管S₄、二极管D_C1、二极管D_C2、电感L_r组成；

所述矩阵变换器由可控开关管S_1a、可控开关管S_4b、可控开关管S_4a、可控开关管S_1b、可控开关管S_3a、可控开关管S_6b、可控开关管S_6a、可控开关管S_3b、可控开关管S_5a、可控开关管S_2b、可控开关管S_2a、可控开关管S_5b组成；