基于simulink的单相-单相mc的研究

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1、基于Matlab/Simulink的单相-单相MC的研究InvestigationofSingle-phasetoSingle-phaseMCBasedonMatlab/Simulink蔡文夏明亮CaiWenXiaMingliang【摘要】在介绍矩阵变换器（MC）的优点基础上，分析了单相-单相矩阵变换器的工作原理、拓扑结构及推导过程，并基于SIMULINK交互式仿真集成环境对单相-单相矩阵式变换器进行了仿真研究。仿真结果表明这种交-交变换器具有输出频率连续可调、在一定范围内输出电压连续可调、正弦输入电流双向功率流等优点，值得进一步研

2、究。关键词：矩阵式变换器；功率因数；双向功率流动中图分类号：TM921文献标识码：AAbstract：Inthispaper,themeritsofAC-ACmatrixconverterispresented.Theprincipal,topologyandtheprocessofdeductionofsingle-phasetosingle-phaseMCareanalysed.ThesimulationresultsbasedonSIMULINKarealsogiven.Itisshownbyobtainedresultsth

3、atthisAC-ACconverterhasgoodfeaturessuchasunlimtedoutputfrequency,variablevoltageinanlimtedrange,inputcurrentzerodisplacementandbi-directionalpowerflow.Itisdeservedtofurtherresearch.keywordsmatrixconverter,powerfactor,bi-directionalpowerflow1前言随着微电子技术和电力电子技术的迅猛发展，变压变频电源

4、-PWM变频器成为炙手可热的电子产品。这种变频器的主电路拓扑几乎都是“交-直-交”变换。在赢得可观效益的同时，这种变频器也带来了谐波污染、功率因数低、直流滤波电容寿命有限等不良影响。最希望的电力变频器的特征是[1-2]：①简单而紧凑的主电路；②负载电压的幅值和频率随意可调；③输入、输出电流为正弦波；④对于任何负载的功率因数都是1；⑤能量传输可逆。这是现有变频器不能完全企及的，而这些理想的特性均可由矩阵变换器实现。自从Venturini和Alesina发表关于矩阵变换器（MatrixConverter简称MC）的两篇论文以来，其优越性

5、能很快就受到重视。从输入输出来看，矩阵变换器是一种“交-交”变换器，省去了中间直流环节，但它同现在的“周波变换器”的原理和电路完全不同。本文将使用Matlab/Simulink对单相-单相矩阵变换器建模并进行动态仿真分析，来说明这种交-交变换器的特点。2单相-单相矩阵变换器（MC）的工作原理单相-单相矩阵式变换电源的电路拓扑如图1(a)所示[3]。图中S11~S22为图1(b)所示的4只双向开关，由两只IGBT与二极管反并联构成。双向开关又称四象限开关，能流过双向电流，阻断双向电压。图1(b)所示双向开关为矩阵式变换器中最常用的一种

6、形式。通过一组开关函数将输入的工频交流电转换成输出电压和频率可调的单相交流电。图1(a)单相-单相矩阵式变换电源(b)双向开关设输入电压为：（1）期望输出电压基波为：（2）由矩阵式变换原理，得：（3）其中，变换矩阵(4)T中的每一个元素代表主回路中相应的四象限开关的占空比函数，则：(5)(6)这种电压变换的实质是：在单个开关周期中，期望输出电压为占空比不同的两段正负电源电压脉冲的平均值。对于感性负载，开关换向时必须满足两个条件：输出相不能短路，输入相不能开路。对于单相-单相矩阵式电源变换，在每一时刻，开关组每一行、列有且仅有一个双向

7、开关导通，因此，双向开关的占空比应满足：(7)这种变换有三种模式：（8）设计时只选用模式1和2，则一个开关周期内输出电压的平均值为：(9)由于开关频率远远大于输入电压频率，则输出电压基频应满足：（10）式（10）中为输出电压相位角。联立式（7）和式（10），解得：(11)其中：0≤mij≤1，i，j=1，2，q为电压传输比。在输入电压为零的邻域，用固定占空比代替实际占空比，得：(12)显然q≤ωo/ωi，也就是说，升频降压和降频升压。当输出频率大于工频时，输出电压幅值降低幅度较大；当输出频率低于工频时，输出电压幅值可以接近输入电压幅

8、值。设输出电流基波(13)其中，为负载角。输入电流：（14）显然，输入电流为正负交替的电流脉冲。当输入电流脉冲与输入电压同相时，电源向负载发出功率。当输入电流脉冲与输入电压反相时，电源向负载吸收功率。发出功率与吸收功率之差，即为电源侧