矩阵变换器电路拓扑结构研究综述

矩阵变换器作为一种新型的电力变换装置,具有诸多的优良性能,越来越引起人们的关注。但最初提出的单级矩阵变换器存在开关器件数目多、换流过程复杂等缺点,为了解决这些问题,提高矩阵变换器的性能,国内外学者一直对其电路拓扑结构进行研究和改进。对各种矩阵变换器的电路拓扑结构进行了概述与对比,重点对双级矩阵变换器、稀疏矩阵变换器和高频链矩阵变换器进行了描述。     

轻型功率变换器拓扑结构及其控制技术综述

首先概述了一般意义的功率变换器类型和常规开关型功率变换器拓扑结构。在检索国内外大量文献的基础上,首次提出轻型功率变换器的概念,并总结了业已提出的轻型功率变换器结构和控制方法,即矩阵变换器、减小直流电容的单PWM功率变换器、减小直流电容的双PWM型功率变换器、无直流电容的单PWM型功率变换器、无直流电容的双PWM型功率变换器等5大类。把针对常规功率变换器改进而设计的各种拓扑结构及其控制技术统一起来,以理想功率变换器作为这类装置的研究目标,具有理论和应用指导意义。     

复合双频BUCK变换器

提出一种复合双频Buck变换器,对其工作原理和性能特点进行了详细分析。复合双频Buck变换器的高频部分为三电平Buck单元,低频部分为两电平Buck单元。与三电平Buck变换器相比,复合双频Buck变换器具有较高的效率,而且其"隔直"电容可以取得更小。与双频Buck变换器相比,其具有高频开关电压应力低,输出滤波电感、滤波电容小,动态负载性能好等优点。最后,在理论分析的基础上进行了实验研究。     

滑模控制Buck三电平变换器

滑模控制具有鲁棒性强、动态品质好等优点,本文尝试将滑模控制引入三电平变换器。以Buck三电平变换器为例,给出了滑模控制的分析和设计方法,包括滑模面的选取、等效控制、稳定性和存在性证明,最后进行了实验验证,将滑模控制Buck三电平变换器与传统PWM控制Buck三电平变换器进行了分析和比较。研究结果表明,相对于PWM控制的Buck三电平变换器,滑模控制Buck三电平变换器的鲁棒性和动态品质得到较大提高。     

一种新颖DC—DC变换器的研究

对单周控制丘克变换器的设计和分析进行了详尽的研究，基于传统的平均状态空间法，首次提出了Ｄ－ｄ方法，该方法不仅思路简单，物理概念清晰，为稳定性分析提供了依据，而且为系统的最大占空比设计提供了两种新颖的方法，作者成功设计和调试了单周控制丘克变换器。实验结果与数学模型仿真相符，有力地支持了理论分析，该变换器适合于车载变换器的复杂工作要求。     

双频Buck变换器工作模式

研究了基本双频Buck变换器可能存在的工作模式,详细分析了工作于"模式一"时变换器的工作原理。结果表明,基本双频Buck变换器的稳态和动态性能都存在明显缺陷,其应用领域受到限制。讨论了改进双频Buck变换器的工作模式,特别分析了其工作于"模式二"时的工作原理,在此基础上研究了改进双频Buck变换器工作模式的判定方法,提出了变换器在整个负载变化范围工作于"模式一"的关键条件。最后,在理论分析的基础上进行了实验研究。     

一种非隔离双向三端口升降压变换器

提出一种非隔离双向三端口升降压变换器拓扑及其功率控制策略。该变换器由3个双向Buck/Boost开关单元不通过直流母线电容级联组合而成;相对于传统多个变换器通过公共直流母线连接的解决方案,该变换器完全消除了中间母线电容,可减小变换器体积、重量和成本,提高系统可靠性,且任意两个端口之间均为单级升降压变换,大大提高了变换器的变换效率和功率密度。详细分析变换器的工作原理,给出相应的脉宽调制(pulse width modulation,PWM)和功率控制策略,最后通过实验验证理论分析的正确性。     

简化型正输出罗氏变换器

因为元器件寄生参数的影响,输出电压和ＤＣ／ＤＣ变换器功率传输效率受到限制。而电压举升技术正是一种能改善ＤＣ／ＤＣ变换器特性的好方法。通过长时期的调查研究,它已在ＤＣ／ＤＣ变换器技术上得到成功的应用＾「１－６」。简化型正输出罗氏变换器是新型ＤＣ／ＤＣ升压型变换器的一个系列,它是在Ｚｅｔａ变换器上用先进的电压举升技术开发出来的。这些具有高功率密度、高效率和简易价廉结构的变换器能完成从正到正的ＤＣ／ＤＣ     

Buck变换器的拓扑指数及脆弱性分析

将脆弱性分析引入到电力电子变换器结构性故障的研究,具体研究方法是基于信息化学中拓扑指数的概念,计算出Buck变换器的拓扑指数,提出Buck变换器脆弱性判定方法。通过对Buck变换器拓扑指数的计算和分析,量化不同故障对Buck变换器运行特性的影响。脆弱性的研究将为电力电子变换器安全稳定运行和故障诊断提供一个新的分析思路。     

一种新型的高升压Boost变换器研究

由于清洁能源的广泛应用,电力电子变换器成为了研究的热点.将高升压比的Boost变换器用于清洁能源发电系统中,需要考虑变换器的升压能力和效率.针对传统变换器的缺点,提出了一种新型的高升压Boost变换器,根据其拓扑结构建立了等效的平均数学模型,推导出了该变换器升压比的计算公式.最后在MATLAB下搭建了仿真电路对所提出的变换器进行验证.理论分析和仿真结果表明了所提出的Boost变换器相比于传统Boost变换器具有高升压、开关器件电压应力低和转换效率高的优点.     

基于UC3879矩阵式AC／DC变换器研究

基于UC3879及矩阵式变换器,提出了一种新的AC／DC变换器。采用三相／一相矩阵式变换器,直接将三相380V／50Hz输入变换为单相高频（15kHz）电压,由高频变压器隔离,经倍流式整流、滤波输出预期的直流电压。控制电路以UC3879及外围逻辑芯片对驱动信号编码,并完成闭环控制。理论分析了系统的工作原理,并进行了4kW28．5V／140A样机实验,验证了理论分析的正确性及方案的可行性。该方案具有矩阵变换器的所有优点,拓宽了矩阵变换器的应用范围。     

不对称规则采样法SPWM矩阵式变换器

通过对三相矩阵式AC-AC拓扑结构变换电路的分析,把AC-AC九开关式矩阵式变换器等效为虚拟“整流”和“逆变”2部分;分析了不对称规则采样法正弦脉冲宽度调制SPWM(Sine Pulse Width Modulation)波生成原理,并把不对称规则采样法SPWM调制应用于三相AC-AC矩阵式变换器。在理论上对这种变换电路推导出了各种条件下的开关组合、各开关组合的通断时序和通断时间计算公式。使用Matlab/Simulink对结论进行了仿真,证明了把不对称规则采样法SPWM调制应用于三相AC-AC矩阵式变换器是可行的,应用推导结论可根据需要在矩阵式变换器上生成相位、幅值、频率均可调的三相SPWM调制波。     

一种新颖的双桥矩阵变换器控制策略

矩阵变换器是一种AC/AC变换器,它具有正弦输入电流、正弦输出电压、能量双向流动及体积小的优点,但存在着控制方法复杂,开关器件和保护元器件太多的问题.近年来提出的双桥矩阵变换器具有矩阵变换器的优点,同时其控制方法更简单,所用开关元件数目更少.论述了双桥矩阵变换器的原理,讨论了变换器的PWM控制策略以及基于线电压符号的换流方法,提出了整流级、逆变级单独控制,整流级开关频率为10kHz、逆变级开关频率为2kHz的新颖双桥矩阵变换器方案,给出了仿真和实验结果.     

矩阵变换器驱动异步电动机仿真研究

论述了空间矢量调制矩阵变换器基本原理,深入分析了空间矢量调制策略,推导出矩阵变换器开关状态表,在MATLAB/SIMULINK平台上,建立了矩阵变换器简单实用的仿真模型,并针对矩阵变换器驱动异步电动机起动、运行的开环系统进行了仿真,仿真结果验证了空间矢量调制策略的可行性和正确性,表明矩阵变换器具有优良的输入输出特性,为矩阵变换器在高性能的交流调速闭环系统中的具体实用打下基础.     

矩阵式变换器交-交直接变换控制分析

深入阐述了矩阵式变换器这一新型电源变换技术及其应用,特别是从等效交一直－交变换器的空间知量调制方法出发,寻求交－交直接变换控制规律和双空间矢量PWM调制技术,并按交－交直接变换控制方式实现了对矩阵式变换器建模和运行控制规律研究。仿真结果表明该直接变换控制具有优良的输入输出特性,证明了这一变换控制方法的正确性和可行性,更可将仿真中优化出的功率器件开关规律直接应用于矩阵式变换器的实际控制,为今后的实用化研究奠定了基础。     

矩阵式电力变换器的无功功率分析

对直接式和间接式的矩阵变换器的输入无功功率进行了理论分析。以交流电源和变频调速应用为例,分析了矩阵变换器输入无功功率性质和量值的调节规律,得出一些有意义的结论,如矩阵变换器的输入端有一定的无功功率率调节范围;功率因数角可设定为正、负或零;直接式阵变换器的输入功率因数角调节范围与负荷阻抗有关,而间接式的功率因数角调节范围与电压增益有关。     

关于矩阵变换器的综述

由于矩阵变换器没有大型的储能电路,输入输出功率因素可调,谐波含量小且大部分为容易滤除的高次谐波,其最大好处还在于能够直接将交流输入变成可调的交流输出,没有中间直流储能系统,体积大大缩小,安然方便,并且由于去掉了大容量的电解电容使得其故障率能够明显的减少。主要论述了矩阵变换器的原理与结构重点,讲述了矩阵变换器的空间矢量控制方法,以及四步换流的安全换流方法,并对现阶段矩阵变换器的主要研究方向做了简要的介绍。     

矩阵式变换器在电源异常时的运行性能分析

矩阵式变换器是一种直接型的三相交流-交流电能变换装置.由于不具有直流储能环节,其输入侧电源的异常情况直接影响到输出侧的性能.本文根据矩阵式变换器的工作原理,从理论上分析了变换器在输入侧电源电压幅值不平衡和波形非正弦两种情况下的输出特性,讨论了输入侧电压变化对输出电压和电流中谐波成分的影响.分析了输入侧电源瞬时断电时矩阵式变换器的运行特性.按照上述三种异常情况,在一台2.7kVA的矩阵式变换器样机上进行了实验评估.     

矩阵变换器输出电压频谱的分析

矩阵变换器是采用高频PWM调制技术的交-交型电源变换器,其输出电压中包含的谐波分量会影响输出波形的质量。为此需要从理论上预估它的输出电压频谱特性并通过仿真数据验证理论分析,同时也为采取合适的PWM方法提高矩阵变换器输出电压谐波特性提供了依据。     

基于矩阵变换器的异步电机直接转矩控制研究

为了降低谐波污染,实现异步电动机的高性能控制,提出了一种基于矩阵变换器(Matrix Converter,简称MC)供电的异步电动机器直接转矩控制(DTC)系统和控制方法。基于电机控制专用DSP芯片TMS320LF2812A研发了一套矩阵变换器的交流电动机DTC试验系统。实验得到了较为理想的结果,验证了其可行性。