矩阵式变换器技术及其应用

本书内容主要包括多电平变换器基本电路和一系列衍生拓扑的结构和工作原理、多电平变换器的数字建模和分析方法、多电平变换器的软开关技术、多电平变换器的调制和控制技术、多电平变换器的可靠性分析和容错技术以及多电平变换器的应用和设计。.

本书集理论性和应用性于一体，并具有较强的创新性，适合高等学校电气工程及相关学科的师生使用，也可供从事相关工作的工程技术人员参考。

人们发现，采用全控器件，不仅可以对输入相移进行控制，还能对输入电流波形进行控制。80年代末，矩阵式变换器问世了。早期的实验装置由于工作频率不够高及换流技术不完善，输出频率都很低，通常低于电网频率，但突破以往交—交变换器的上限。随着电力电子器件制造及应用技术的发展，矩阵式变换器的研制形成了一个热点。构成双向开关的单向开关间多步换流控制技术被推广开来，装置的性能得到了极大的提高，最高输出频率达到了电网频率的2～3倍，输入侧电流波形畸变率小于2%，用于恒压频比、电流跟踪及矢量控制等，取得了一定成果。与此同时，由于计算机软、硬件的迅猛发展，在采用理论分析和实验相结合的基础上，更多地采用了仿真方法，以进一步提高的研究地深度和广度，提高研究的效率。其中最引人注意的有南斯拉夫学者L.Huber 和美国教授D.Bdrojecvic提出的基于空间矢量调制的控制技术，并成功地研制出了2kW实验样机，台湾学者潘晴财基于电流滞环跟踪和软开关技术，提出了另一种实现方法。英国学者Watthanasarn 等基于DSP和IGBT硬件条件完成了2kW的实验样机。1997年英国学者P.Wheeler和D.Grant提出了一种对构成双向开关的单向开关间切换实现四步换流的低开关损耗和优化输入滤波器的矩阵式变换器仿真研究，并研制出了5kW的实验装置。

变换器（Matrix Converter）作为一种新型的交—交变频电源，其电路拓扑形式被提出，但直到1979年意大利学者M.Venturini和A.Alesina提出了矩阵式变换器存在理论及控制策略后，其特点才为人们所关注和研究。普遍使用的是半控功率器件晶闸管。采用这种器件组成矩阵式变换器，控制难度是很高的。矩阵式变换器的硬件特点是要求

大容量、高开关频率、具有双向阻断能力和自关断能力的功率器件，同时由于控制方案的复杂性，要求具有快速处理能力的微处理器作为控制单元，而这些是早期的半导体工艺和技术水平所难以达到的。所以这一期间矩阵式变换器的研究主要针对主回路的拓扑结构及双向开关的实现，大多都处于理论研究阶段，很少有面向工业实际的研究。高工作频率、低控制功率的全控型功率器件如BJT ，IGBT等不断涌现，推动了矩阵式变换器控制策略的研究。

模数变换器

模数变换器包含第一传输电路，它接收输入电压与输出时钟信号，该时钟信号相移，取决于输入电压，第二传输电路接收参考电压与输入时钟信号，且输出参考时钟信号，该时钟信号相移，取决于参考电压，比较输出时钟信号与参考时钟信号的比较器输出一数据卡输出信号。

直流-直流变换器

直流-直流变换器有三个电感、两个电容、一个主开关和一个次开关、一个主整流器和一个次整流器以及一个具有一个初级绕组和一个次级绕组的变压器。主开关和次开关按照控制信号交替地导通，电流流过变压器的初级绕组，因此，转移能量到次级绕组，一个主整流器和一个次整流器按照从初级绕组变换来的能量而动作，以获得经过第三个电感器的固定电流，输出固定直流电压到负载。

高功率因数半桥式变换器

半桥式变换器有一个桥二极管单元来提供电流路径，通过功率因数提高单元传输能量到电压平滑电容器。电压平滑电容器储存由桥二极管单元所提供的能量。开关单元有两个开关与电压平滑电容器的两端间串联。其中功率因数提高单元供给开关的公共连接点电压，构成转换单元反馈到输入电容器的公共连接点，为了依据输入电压值改变输入电流。减少半桥式变换器在开关单元中的导通损耗提高输入端的功率因数。