一種新型稀疏式雙級矩陣變換器拓撲結構的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種電能變換裝置，特別涉及一種新型稀疏式雙級矩陣變換器拓撲結 構。
【背景技術】
[0002] 矩陣式變換器是一種新型AC-AC變換器，具有體積小、重量輕和工作壽命長的特 點，被當作目前大量應用的雙PWM變換器的替代拓撲之一，在國內外被廣泛研宄。雙級矩陣 變換器是矩陣變換器的一種子類，包括整流級和逆變級兩個部分。兩個部分通過直流中間 直流母線相連，但無直流儲能元件。相較于傳統(tǒng)矩陣變換器，雙級矩陣變換器具有箝位電路 簡單、換流控制策略容易實現(xiàn)等優(yōu)點，獲得了研宄人員的廣泛關注。
[0003] 當系統(tǒng)不要求變換器具有雙向功率流動能力時，雙級矩陣變換器還可減少開關數(shù) 量，此時它被稱作稀疏式雙級矩陣變換器。一種典型的傳統(tǒng)稀疏式雙級矩陣變換器拓撲結 構如附圖1所示。整流級由6個全控型器件（每個器件包含一個體二極管）和6個額外的 二極管組成。它除了不能實現(xiàn)雙向功率流動外，具有與傳統(tǒng)矩陣變換器和雙級矩陣變換器 相同的功能。
[0004] 然而，與普通雙級式矩陣變換器一樣，附圖1所示結構存在著一個較大的缺陷。 它的整流級由全控型器件組成，可能產生負的直流母線電壓。如當輸入三相電壓滿足： uA>uB>u。時，若導通整流級C相上橋臂和A相下橋臂的全控型器件，則直流母線電壓ud。= ue-uA〈0。此時由于逆變級各個橋臂的二極管不能阻斷負壓，短路故障將會發(fā)生，危害系統(tǒng)安 全。這種情況在實際系統(tǒng)中普遍存在，如輸入側振蕩和電磁干擾等原因引發(fā)整流級全控器 件錯誤導通。更重要的是，已有文獻證明，當輸入功率因數(shù)角大于30°或者小于-30°時， 直流母線電壓必然會出現(xiàn)負值的情況。因此上述缺陷還將傳統(tǒng)稀疏矩陣變換器的輸入功率 因數(shù)角限制在[-30°，30° ]內，影響了變換器的無功功率調節(jié)功能。

【發(fā)明內容】

[0005] 所要解決的技術問題：
[0006] 本發(fā)明的目的在于提供一種可避免整流級發(fā)生負壓的新型稀疏式雙級矩陣變換 器拓撲結構。
[0007] 技術方案：
[0008] 為了實現(xiàn)以上功能，本發(fā)明提供了一種新型稀疏式雙級矩陣變換器拓撲結構，其 特征在于：包括三個雙向開關、整流級和逆變級；
[0009] 其中整流級包括六個二極管，逆變級包括六個全控型器件，輸入三相交流電壓 (uA、uB、uc)分別通過三個雙向開關（S1、S2、S3)接到整流級的三相交流端，整流級的直流母 線和逆變級的直流母線相連，輸出三相交流電壓（％、uv、uw)接到逆變級的三相交流端。
[0010] 每一個雙向開關均由2個全控型器件共射極構成，每個全控型器件并聯(lián)一個反向 體二極管。
[0011] 每個雙向開關的2個全控型器件采用相同的PWM控制信號，開關SI的占空比為Cl1, 開關S2的占空比為d2，開關S3的占空比為d3，它們由下式決定：
【主權項】
1. 一種新型稀疏式雙級矩陣變換器拓撲結構，其特征在于：包括=個雙向開關、整流 級和逆變級； 其中整流級包括六個二極管，逆變級包括六個全控型器件，輸入=相交流電壓（％、Ue、 Ue)分別通過S個雙向開關（S1、S2、S3)接到整流級的S相交流端，整流級的直流母線和逆 變級的直流母線相連，輸出立相交流電壓（％、％、u")接到逆變級的=相交流端。
2. 根據(jù)權利要求1所述的一種新型稀疏式雙級矩陣變換器拓撲結構，其特征在于： 每一個雙向開關均由2個全控型器件共射極構成，每個全控型器件并聯(lián)一個反向體二 極管。
3. 根據(jù)權利要求2所述的一種新型稀疏式雙級矩陣變換器拓撲結構，其特征在于： 每個雙向開關的2個全控型器件采用相同的PWM控制信號，開關S1的占空比為di，開 關S2的占空比為d,，開關S3的占空比為ds，它們由下式決定：
其中，|uj、|Ub|、|Uc|分別表示；相輸入電壓Ua、Ub、Uc的絕對值，U imax表示|u J、|Ub|、 Uc I中的最大值。
4. 根據(jù)權利要求3所述的一種新型稀疏式雙級矩陣變換器拓撲結構，其特征在于：在 每個開關周期內，輸入電壓絕對值等于的那一相的雙向開關恒導通，其余兩相的雙向 開關根據(jù)各自對應的占空比交替導通。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種新型稀疏式雙級矩陣變換器拓撲結構，這種結構包括如下部分：三個雙向可控的開關、三相二極管整流橋、三相逆變器。本發(fā)明避免了其它雙級矩陣變換器的整流級容易產生負壓進而發(fā)生短路故障的缺點，能夠有效地提高系統(tǒng)可靠性。此外，本發(fā)明還能將輸入無功功率角調節(jié)范圍拓寬至[-90°,90°]，解決了傳統(tǒng)雙級式矩陣變換器的輸入側功率因數(shù)角只能在[-30°,30°]范圍內調節(jié)的問題；本發(fā)明的拓撲結構，控制簡單可靠，具有較高的實用價值。
【IPC分類】H02M5-44
【公開號】CN104601002
【申請?zhí)枴緾N201410837675
【發(fā)明人】雷家興, 周波, 秦顯慧, 卞金梁, 石寶平, 梁瑩, 韓娜
【申請人】南京航空航天大學
【公開日】2015年5月6日
【申請日】2014年12月29日