级联型高压交-交矩阵变换器的仿真研究第39卷第5期2005年10月电力电子技术PowerElectronicsV01.39.No.5October.2005级联型高压交-交矩阵变换器的仿真研究陈继宗.李永东(清华大学,北京100084)摘要:本文基于三相.单相矩阵变换单元.提出了一种通过级联方式实现高压,大容量交一交直接变频的新方案.该方案采用间接变换法对n个基本变换单元分别进行控制,以得到相同频率,不同相位的n级输出电压,然后通过级联的形式叠加.从而实现高压大容量,频率可控的交一交直接变频.仿真结果表明,该结构保持了矩阵式变换器功率因数高的特点.并可有效削弱某些低次谐波.关键词:变换器/矩阵变换单元;间接变换法;级联中图分类号:TM46文献标识码:A文章编号:1000—100X(2005)05-0066—03SimulationStudyofCascadedHighVoltageAC-ACMatrixConverterCHENji—zong,LIYong—dong(TsinghuaUniversity,Beijing100084,China)Abstract:Thepaperpresentsanovelapproachbasedoncascadesofthreephase?-onephaseAC?-ACunittorealizehighvoltagedirectfrequencychange.Inthisapproach,thebasicunitsareseparatelycontrolledbyindirecttransfertogainnleveloutputvoltageswithsamefrequencyandaphaseshift.ThentheseoutputvoltagesarecascadedtoobtainAC—ACdi—rectfrequencychangewithhighvoltageandvariablefrequency.SimulationresultsshowthattheapproachcankeepthefeatureofhighpowerfactorofMatrixConverterandeffectivelyeliminatesomeloworderharmonics.Keywords:converter/matrixconversionunit;indirecttransfer;cascade1引言交流变频调速日益成为实现自动化与高效节能的主要技术手段,越来越多的专家学者正致力于这方面的研究.因此其发展也是突飞猛进.目前应用比较广泛的是交一直一交变频器与交一交循环变流器.但由于交一直一交变频器具有直流贮能环节.因而体积大;而交一交循环变频器通常工作于相控方式,其输出电压由若干输入电压片断拼接而成.当频率升高时,输出电压所含的谐波分量将会增加,导致输出电压畸变率上升和输入功率因数下降.因此这种电路的输出电压最高频率不宜高于输入电压频率的1/3-1/2t’1.矩阵变换器(MamxConverter.MC)是一种新型的交一交变频器,其电路拓扑形式早已提出.但直到1979年.意大利学者M.Venturini提出矩阵式变换器存在的理论及其控制策略[21才真正开始了这方面的研究.与传统的交一交变频器及交一直一交变频器相比,矩阵变换器具有以下几个显着特点:(1)控制自由度大,输出电压,频率可调,可得到较为理想的正弦输入电流和输出电压;(2)输入功率因数可任意调节,可超前,可滞后.可调至逼近于1:(3)能量可双向流动,适合于电机四象限运行:定稿日期:2005-09—07作者简介:陈继宗(1969一),男,硕士研究生,研究方向为电力电子与电气传动.66(4)无中间直流环节,结构紧凑,便于集成.正是由于这些特点.矩阵式变换器日益成为电力电子研究领域的热点,其应用前景非常广阔.但由于其电压传输比存在固有局限.从而导致了其容量偏小,无法在高压领域得到广泛的应用【31.为了解决这一问题,本文基于三相一单相矩阵变换单元.提出了一种新型高压交交直接变频方案.通过级联方式实现高压,大容量.2级联型矩阵变换器拓扑图1示出所提出的新型高压交一交直接变频方案单相输出拓扑原理图.首先.对/7,个基本变换单元采用隔离变压器分别供电.通过对各级参考波图1级联型矩阵变换器的单相输出拓扑移相一定的角度.然后采用间接变换法对/7,个基本变换单元分别进行控制.以得到相同频率,不同相位的各级输出电压.最后.将/7,个基本单元输出通过级联的形式叠加.从而实现高压大容量,频率可控的交一交直接变频.图2示出三相一单相矩阵变换器单元拓朴结构及其等效电路.三相输入,单相输出的交一交矩阵变级联型高压交一交矩阵变换换单元含有6个双向开关,通过对6个双向开关的逻辑控制,可实现对电源电压和频率的变换,从而向负载提供幅值,频率可调的电压和电流.图2b示出其等效虚拟交.直.交电路拓扑,由于结构紧凑,便于实现模块化U//////U.Vb.p(a)矩阵变换单元(b)等效电路图2三相一单相矩阵变换单元及其等效电路—]广图3双向开关模型本文仿真所用的双向开关为...