專利名稱：一種三相-單相矩陣變換器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種三相-單相矩陣變換器，屬于電力電子變換器的技術領域。
背景技術：
三相-單相變頻電源有交-交型和交-直-交型兩種拓撲結構。而目前所有的交-交型三相-單相矩陣變換器拓撲(橋式拓撲、零式拓撲)都無法實現功率因素校正 (PFC)，尤其是在輸出單相電源頻率較低時，網側的低次諧波含量大大增加，造成了很大的無功損耗，因此變換器工作效率很低；而對于交-直-交型變換器，雖然可以實現PFC，但必須要在直流母線上連接大容量電解電容來實現前后兩級變換器的功率解耦，降低了變換器的穩定性、功率密度和使用壽命。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是針對上述背景技術的不足，提供了一種三相-單相矩陣變換器。本發明為解決上述技術問題采用如下技術方案一種三相-單相矩陣變換器包括三相濾波電感、開關矩陣、補償電容、濾波器、檢測電路、控制器、隔離驅動電路；其中所述開關矩陣包括三個開關組第一開關組、第二開關組、第三開關組；所述第一開關組、第二開關組、第三開關組分別包括三相雙向開關，在每個開關組中，每相雙向開關的一端分別與其他兩個開關組中相對應的那相雙向開關的一端連接，形成三個連接點；所述三相濾波電感的一端分別與三相交流輸入源連接，三相濾波電感的另一端分別與所述三個連接點連接；所述補償電容的兩極分別與第二開關組中每相雙向開關的另一端、第三開關組中每相雙相開關的另一端連接；所述濾波器包括濾波電容、濾波電感；其中所述濾波電容的一極、第一開關組中每相雙向開關的另一端分別與濾波電感的一端連接，濾波電容的另一極極與第二開關組中每相雙向開關的另一端連接，濾波電感的另一端與濾波電容的負極構成三相-單相矩陣變換器的輸出端；所述檢測電路的輸入端分別與三相-單相矩陣變換器的交流側和直流側連接，檢測電路的輸出端與控制器的輸入端連接；所述控制器的輸出端與隔離驅動電路的輸入端連接，隔離驅動電路的輸出端與開關矩陣中開關管的門極連接。所述三相-單相矩陣變換器中，每個開關組中的每相雙向開關均由兩個反向串聯的IBGT管組成。本發明采用上述技術方案，具有以下有益效果省去了交-直-交型變換器中直流母線上大容量電解電容，提高了變換器的穩定性、功率密度和使用壽命，于此同時也克服了現有三相-單相矩陣變換器輸入電流不對稱、諧波含量大等缺點。


圖1為三相-單相矩陣變換器的電路圖。圖2為三相-單相矩陣變換器主功率電路示意圖。圖3為三相-單相矩陣變換器等效的交-直-交型結構圖。圖4(a)是不同輸出功率下補償電容容值與其需承受最高電壓的曲線圖。圖4(b)是不同輸出頻率下補償電容值與其需承受最高電壓的曲線圖。圖5為虛擬逆變器調制信號控制框圖。圖中標號說明ua、ub、Uc為三相交流輸入源，Lrea, Lreb, Lrec為三相濾波電感，Rrea> Rreb> Rrec為三相線路的電阻和三相濾波電感的寄生電阻，Cc為補償電容，C0為濾波電容、L0 為濾波電感，Rl為輸出負載，Sar, Sbr, Scr為第一開關組，Sas, Sbs, Scs為第二開關組，Sat, Sbo Sct為第三開關組，Sap, Sbp, Scp, San, Sbn, Scn為虛擬整流器中的開關，Spr, Sps, Spt, Snr, Sns, Snt為虛擬逆變器中的開關。
具體實施例方式下面結合附圖對發明的技術方案進行詳細說明如圖1所示的三相-單相矩陣變換器，包括三相濾波電感L,ea、Lreb、L,e。，開關矩陣、 補償電容C。、濾波器、檢測電路、控制器、隔離驅動電路。濾波器包括濾波電容C。、濾波電感L。。開關矩陣包括第一開關組、第二開關組、第三開關組。第一開關組包括S 、Sbr, S…用于控制變換器的輸出。第二開關組包括Sas、Sbs、S。s，是第一開關組和第三開關組的公共開關組。第三開關組包括&t、sbt、s。t，用于控制補償電容的輸出。S 、Sas、Sat的一端連接， Sbr> Sbs, Sbt的一端連接，Scr, Scs, Sct的一端連接分別形成三個結點。三相濾波電感LMa、Lreb, Lrec的一端分別與三相交流輸入源ua、ub、Uc連接，三相濾波電感L_、Lreb, Lrec的另一端分別與所述三個連接點連接。補償電容的兩極C。分別與第二開關組中三相雙向開關&s、Sbs, Scs的另一端、第三開關組中三相雙相開關&t、Sbo Sct的另一端連接。濾波器包括濾波電容C。、濾波電感L。。濾波電容C。的正極、第一開關組中三相雙向開關jto、Sra的另一端分別與濾波電感L。的一端連接，濾波電容C。的負極與第二開關組中三相雙向開關&s4bs、S。s的另一端連接，濾波電感L。的另一端與濾波電容C。的負極構成三相-單相矩陣變換器的輸出端。檢測電路的輸入端分別與三相-單相矩陣變換器的交流側和直流側連接，檢測電路的輸出端與控制器的輸入端連接。控制器的輸出端與隔離驅動電路的輸入端連接，隔離驅動電路的輸出端與開關矩陣中開關管的門極連接。RMa、RMb、Rre。分別表示A、B、C三相線路的電阻和三相濾波電感的寄生電阻。檢測電路包括霍爾電壓傳感器、霍爾電流傳感器。 變換器交流側的霍爾電壓傳感器用于測量三相交流輸入源的三相電壓，霍爾電流傳感器用于測量三相交流輸入源的三相電流，變換器虛擬逆變側的霍爾電壓傳感器用于測量補償電容電壓和三相-單相矩陣變換器輸出端的單相輸出電壓。
如圖2所示的三相-單相矩陣變換器主功率電路，包括三相-單相矩陣變換器橋式電路和單相脈動功率吸收電路。三相-單相矩陣變換器橋式電路包括第一開關組、第二開關組以及濾波器。單脈動功率吸收電路包括第二開關組、第三開關組以及補償電容。三相-單相矩陣變換器橋式電路交流輸入側連接的三相濾波電感構成了 PFC環節。三相-單相矩陣變換器主功率電路的工作原理如下由于輸出為單相電源，單相電源的輸出功率是一個時變功率，該時變功率可以等效為一個恒定功率分量P。和一個二倍輸出頻率的脈動功率分量玲的疊加，如果不加入功率補償電路，則該脈動功率將直接影響到三相輸入瞬時功率，使其跟隨輸入功率實時變化，難以實現輸入PFC控制，因此為使三相輸入瞬時功率為一恒定值，本發明通過單相脈動功率吸收電路中的補償電容對該脈動功率進行功率實時補償，使三相輸入瞬時功率始終等于有功功率P。，而脈動功率全部被補償電容吸收。把三相-單相矩陣變換器等效為如圖3所示的交-直-交型拓撲結構，等效電路的工作原理為通過補償電容C。的充電和放電來完成輸入、輸出功率解耦，抑制了輸出側的脈動功率玲對三相瞬時輸入功率的影響，保證三相瞬時功率是恒功率輸入。對于虛擬逆變環節先忽略補償電容C。上的電壓U。。對直流母線電壓的作用，則開關(、，SJ的控制信號由調制波4 1=皿^0300()1和載波交截得到(如附圖5所示)，則三相-單相矩陣變換器橋式輸出電壓對虛擬直流母上的影響Vd。m為
權利要求
1.一種三相-單相矩陣變換器，其特征在于包括三相濾波電感、開關矩陣、補償電容、 濾波器、檢測電路、控制器、隔離驅動電路；其中所述開關矩陣包括三個開關組第一開關組、第二開關組、第三開關組；所述第一開關組、第二開關組、第三開關組分別包括三相雙向開關，在每個開關組中，每相雙向開關的一端分別與其他兩個開關組中相對應的那相雙向開關的一端連接，形成三個連接點；所述三相濾波電感的一端分別與三相交流輸入源連接，三相濾波電感的另一端分別與所述三個連接點連接；所述補償電容的兩極分別與第二開關組中每相雙向開關的另一端、第三開關組中每相雙相開關的另一端連接；所述濾波器包括濾波電容、濾波電感；其中所述濾波電容的一極、第一開關組中每相雙向開關的另一端分別與濾波電感的一端連接，濾波電容的另一極極與第二開關組中每相雙向開關的另一端連接，濾波電感的另一端與濾波電容的負極構成三相-單相矩陣變換器的輸出端；所述檢測電路的輸入端分別與三相-單相矩陣變換器的交流側和直流側連接，檢測電路的輸出端與控制器的輸入端連接；所述控制器的輸出端與隔離驅動電路的輸入端連接，隔離驅動電路的輸出端與開關矩陣中開關管的門極連接。
2.根據權利要求1所述的三相-單相矩陣變換器，其特征在于所述每個開關組中的每相雙向開關均由兩個反向串聯的IBGT管組成。
全文摘要
本發明涉及一種三相-單相矩陣變換器，包括三相濾波電感、開關矩陣、補償電容、濾波器、檢測電路、控制器、隔離驅動電路；其中三項濾波電感用于減小輸入電流與輸入電壓的相位差，開關矩陣將三相交流電轉化為單相直流電后再轉換為單相交流電，補償電容吸收單相脈動功率，濾波器對單相交流電濾波后平滑輸出，檢測電路用于檢測三相-單相矩陣變換器的交流側和直流側的電流電壓，然后將檢測結果輸出至控制器，控制器通過隔離驅動電路控制開關矩陣。本發明省去了交-直-交型變換器中直流母線上大容量電解電容，提高了變換器的穩定性、功率密度和使用壽命，克服了現有三相-單相矩陣變換器輸入電流不對稱、諧波含量大等缺點。
文檔編號H02M5/42GK102570848SQ201210004058
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月9日 優先權日2012年1月9日
發明者張文彬, 徐媛媛, 李后春, 葛紅娟, 許柏宏, 閆凱 申請人:南京航空航天大學