基于矩阵整流和斩波逆变的新型矩阵变换器研究

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1、摘要矩阵变换器是一种具有简单拓扑结构和一系列理想特性的“绿色变频器”，是一项可从根本上消除电力谐波污染和电网无功损耗的关键技术。本文旨在研究目前影响矩阵变换器实用化的关键基础问题——电压传输比低的问题。针对矩阵变换器电压传输比低这一问题，一些学者和专家提出了一系列控制策略，提高了矩阵变换器的电压传输比，使其接近于1.0，但均存在输出谐波含量过高的缺点，不利于应用。针对上述情况，本文从改变矩阵变换器主电路拓扑结构出发进行研究，首次提出了新型的基于矩阵整流和斩波逆变的矩阵变换器电路拓扑结构；该拓扑结构和传统交直交矩阵变换器的拓扑结构相似，中间直流环节无储能元件；

2、其整流级和传统交直交矩阵变换器的整流级相同，为一个3/2相矩阵变换器，逆变级则分别采用Boost、Buck-Boost、Cuk、Sepic和Zeta逆变器的结构形式，构成了一个拓扑族。通过对该拓扑结构及其等效电路的研究，确定了主电路方案及电路参数；借鉴目前矩阵变换器、斩波逆变器已有的理论成果，研究了适合于该新型电路的有效控制策略：滑模变结构控制、离散滑模变结构控制和双闭环控制；构建了仿真模型，研究了电压传输比、输出波形总谐波失真度等主要性能指标与电路参数及控制参数之间的变化规律；对主电路拓扑与控制策略的有效性和可行性进行验证；仿真结果表明：该组新型矩阵变换器

3、能实现输出电压和频率的任意调节，其电压传输比既可大于1，也可小于1，从而可有效解决传统矩阵变换器电压传输比低的难题；制作了实验样机，结果与仿真结果基本吻合，为该组新型矩阵变换器的工程化应用打下基础。关键词：交直交矩阵变换器；矩阵整流；斩波逆变；电压传输比IAbstrsctMatrixConverter(MC)isakindof“greenconverter”withsimpletopologyandaseriesofidealcharacteristics,andakeytechniquetoeliminatepowerharmonicpollutionan

4、dgridinefficacypowerwastebasically.InthispapertheproblemofMC’slowvoltagetransferratioisstudiedwhichisthekeybasicproblembafflingMCapplication.ThoughsomeresearchersandexpertsproposedaseriesofcontrolstrategiestoincreaseMCtransferratioto1.0,itsoutputharmoniccomponentswastoohightobegood

5、forapplication.Contraposingtoaboveproblem,thispaperproposesnovelMCtopologiesbasedonmatrixrectifierandchopinverterintermsofvaryingMCmaincircuittopology,whicharesimilartoconventionalAC-DC-ACMCwithoutenergystorageelementsinmiddleDClink.ItsrectifierstagesarethesameasconventionalMCwhich

6、are3/2phaseMC,whileinverterstagesadaptBoost,Buck-Boost,Cuk,SepicandZetainverterconstructforms,respectively,thenatopologyfamilyisformed.Maincircuitschemesandparametersarefixedonthroughresearchingitstopologiesandequivalentcircuits.BasedonpresenttheoreticalharvestofMCandchopinverters,

7、effectivecontrolstrategiessuitableforthesenovelcircuitsarestudied,suchasslidemodecontrol,discreteslidemodecontrolanddoubleloopcontrol.Thevarietyrelationshipbetweenmaincharacteristicssuchasvoltagetransferratio,outputwaveformtotalharmonicdistortionandcircuitandcontrolparametersissumm

8、edup.Thevalidityandfeasibi