[发明专利]一种输出变频变相交流电压的矩阵变换器及其调制方法

说明书

本发明公开了一种输出变频变相交流电压的矩阵变换器及其调制方法，涉及电力电子功率变换器调制控制技术领域，一种输出变频变相交流电压的矩阵变换器，所用拓扑为三相AC/单相AC非隔离矩阵变换器。基于此变换器拓扑，提出了一种电压型SVM组合逻辑调制方法。电压型6扇区SVM作为基础调制，正负极性选择信号将矩阵变换器的双向可控开关管逻辑分解为单向可控开关管，将双向开关组逻辑分解为正、负两组普通三相AC/单相AC拓扑。由于正负极性选择信号的变频变相特性，正、负组三相AC/单相AC拓扑交替工作，矩阵变换器输出变频变相的交流电压。本发明具有双向开关管控制灵活、负载适应能力强、开关频率低、能量双向流动等优点。

技术领域

本发明涉及电力电子功率变换器调制控制技术领域，尤其是一种输出变频变相交流电压的矩阵变换器及其调制方法。

背景技术

变换器是一种把某一幅值、频率交流电能转换成不同幅值、不同频率电能的拓扑装置。矩阵式变换器被称为“万能变换器”，理论上可直接实现输入输出相数相同或不同。其中输入三相电压输出三相电压的矩阵式变换器较为常用，一种输出变频变相交流电压的矩阵变换器所用拓扑也被称为三相-三相矩阵式变换器，可直接实现某一幅值频率的三相输入到另一幅值频率三相输出的功能，理论上可以输出任意频率的波形。在被称为“万能变换器”的三相-三相矩阵变换器的基础上演变而来的三相AC/单相AC非隔离矩阵变换器，与传统的PWM整流器相比，此种变换器具有明显的优势，比如能直接输出交流电压、能量双向流动、效率高、功率因数高、负载适应性强。

然而，矩阵变换器开关数目较多，且双向开关管采用背靠背的连接方式，因此大多数控制策略对双向开关管采用整体控制且相对复杂，这大大降低了矩阵变换器所具有的优势。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种输出变频变相交流电压的矩阵变换器及其调制方法，使矩阵变换器双向开关管的控制更加灵活简单，实现三相AC/单相AC变换，降低开关频率，提高功率因数，降低双向开关管的控制难度，降低矩阵变换器开关管的开关频率，提高对负载的适应能力，使矩阵变换器具备输出相位可调的交流电压的能力。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种输出变频变相交流电压的矩阵变换器，其电路拓扑包括三相AC/单相AC非隔离矩阵变换器，所述三相AC/单相AC非隔离矩阵变换器包括依次连接三相电网电压、输入滤波器、双向开关组、输出滤波器以及负载；

输入电源为三相电网电压e_a、e_b、e_c，三相电网电压e_a、e_b、e_c采用星型连接形式；输入滤波器采用三相L型结构，由L_a、L_b和L_c构成；三相电网电压e_a、e_b、e_c分别和L_a、L_b和L_c的一端相连接；L_a、L_b和L_c的另一端分别和双向开关组相连接；

双向开关组是由背靠背连接的S_ap1和S_an4、背靠背连接的S_ap3和S_an6、背靠背连接的S_ap5和S_an2、背靠背连接的S_ap4和S_an1、背靠背连接的S_ap6和S_an3、背靠背连接的S_ap2和S_an56对双向开关管构成；S_ap1、S_ap3、S_ap5的漏极连接在一起，S_an1、S_an3、S_an5的漏极连接在一起；