矩阵式变频器

所用的器件为18个，电路结构复杂，成本高，控制方法还不成熟。 O/I最大电压比只有0.866，用于交流电机调速时输出电压偏低 。 十分突出的优点： 有十分理想的电气性能。 和目前广泛应用的交直交变频电路相比，虽多用了6个开关器 件，却省去了直流侧大电容，将使体积减小，且容易实现集 成化和功率模块化。 在器件制造技术飞速进步和计算机技术日新月异的今天，矩阵式 变频电路将有很好的发展前景。

I cos t im i 2 I cos t i im 3 4 I im cos t i 3

I cos t om o o 2 I cos t o o om 3 4 I om cos ot o 3
单相输入
对单相交流电压 us 进行斩波 控制，即进行PWM控制时，输 出电压uo为
Um
a)
1 － 2Um
式中，Tc——开关周期；
ton uo us us Tc
b) U1m
√3 － 2U
s ——占空比。
c)
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不同的开关周期中采用不同的s，可 得到与us频率和波形都不同的uo 。
如能求 得 满足 式 (4-35) 和 式 (4-36) 的 s ， 就可得 到 希望 的输出 电 压和 输入电流。
矩阵式变频器
要使矩阵式变频电路能够很好地工作，需解决的两个基本问题：
如何求取理想的调制矩阵 。 开关切换时如何实现既无交叠又无死区。 现状 尚未进入实用化，主要原因：
控制方法 还不成熟
矩阵式变频器
矩阵式变频器
近年出现一种新颖变频电路。 是直接变频电路 ，采用开关器 件是全控型。 控制方式是斩波控制。
拓扑结构：
三相输入电压为ua、 ub和uc 三相输出电压为uu、 uv和uw
图4-28 矩阵式变频器
矩阵式变频器
9个开关器件组成3×3矩 阵，因此该电路被称为矩阵 式变频电路(Matrix Converter — MC)或矩阵 变换器。 图中每个开关都是矩阵中 的一个元素，采用双向全控 型开关，图4-28b给出了应 用较多的一种开关单元。
矩阵式变频器
矩阵式变频器
电压的关系为
u相输出电压uu和各相输入
uu 11ua 12ub 13uc
(4-25) 式 中 s11 、 s12 和 s13—— 一 个开关周期内开关S11、 S12、 S13的导通占空比
•11 12 13 1
(4-26)
矩阵式变频器
矩阵式变频器
•当期望的输入功率因数为 1时，i =0。把式(4-31)~式(434)代入式(4-27)和式(4-29)，可得
U om cos o t 2 U cos ot om 3 4 U om cos ot 3
U cos t im i 2 U im cos i t 3 4 U im cos i t 3
• • 可缩写为 （4－27） （4－28）
矩阵式变频器
•
u o = u i
矩阵式变频器
对实际系统来说，输入电压和所需输出电流是已知的。设为
U cos t im i u a u U cos t 2 i b im 3 u c 4 U cos t i im 3 I cos t om o o iu i I cos t 2 o o v om 3 i w 4 I cos t om o o 3
图4-28 矩阵式变频器
矩阵式变频器
优点
输出电压为正弦波。 输出频率不受电网频率的限制。 输入电流也可控制为正弦波且和电压同相。 功率因数为1，也可控制为需要的功率因数。 能量可双向流动，适用于交流电动机的四象限运 行。 不通过中间直流环节而直接实现变频，效率较高。
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矩阵式变频电路的基本工作原理
U1m a) Um
1 － 2Um
b)
√3 － 2U
输出电压可利用的输入电压部分 a)单相输入 b) 三相输入构造输出相电压 c) 三相输出线电压
c)
矩阵式百度文库频器
以相电压输出方式为例分析矩 阵式交交变频电路的控制 利用对开关S11、 S12和S13 的控制构造输出电压uu。 为防止输入电源短路，任何 时刻只能有一个开关接通。 负载一般是阻感负载，负载 电流具有电流源性质，为使 负载不开路，任一时刻必须 有一个开关接通
由于单相交流us波形为正弦波，可 利用的输入电压部分只有如图4-29a 所示的单相电压阴影部分，因此uo将 受到很大的局限，无法得到所需输出 波形。 利用三相相电压
a) Um
1 － 2Um
b) U1m
√3 － 2U
把输入改为三相，就可利用
图 4-29b 所示的三相相电压包 络线中所有的阴影部分。
c)
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a) Um 理论上所构造的 uu 的频率可不受限制。
1 － 2Um
但如 uu 必须为正弦波，则其最大幅值 仅为输入相电压ua幅值的0.5倍。
b) U1m
√3 － 2U
利用三相线电压
用图4-28a中第一行和第二 行的6个开关共同作用来构 造输出线电压uuv 。
c)
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可利用图 4-29c 中 6 个线电压包 络线中所有的阴影部分。 当uuv必须为正弦波时，最大幅 值就可达到输入线电压幅值的 0.866倍。 正弦波输出条件下矩阵式变频 电路理论上最大的输出输入电 压比。
式中 Uim、Iom 为输入电压 和输出电流的幅值； i 、 o 为输入电压 和输出电流的角频率； o 为相应于输出频 率的负载阻抗角。
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变频电路希望的输出电压和输入电流分别为 U cos t om o uu u U cos t 2 式中 o v om 3 Uom、Iim为输出电压 u w 4 和输入电流的幅值； U om cos o t 3 i为输入电流滞后于 电压的相位角。 I cos t im i i ia i I cos t 2 i i b im 3 ic 4 I im cos i t i 3
矩阵式变频器
用同样的方法控图中第2，3行 的各开关，得到类似于
u •u 11ua 12ub 13uc
(4-25)
• 的表达式。合写成矩阵的形式
uu 11 12 13 u a u u 23 b v 21 22 u w 31 32 33 u c