[实用新型]可控能量补充的单向矩阵变换器

说明书

技术领域

本发明涉及一种可控能量补充的单向矩阵变换器及其控制方法。

背景技术

矩阵变换器在变压变频领域有着举足轻重的地位。矩阵变换器无中间直流储能环节，降低了开发成本。具有能量双向流动的特点，可以矫正网侧功率因数，电压频率可调等优点。

但在现有的矩阵变换器中，输出电压幅值受到输入电压值的限制，只能处于输入电压值包络线的范围之内，需通过开关矩阵转换的升压环节以达到所期望的高电压输出值。

而对于单相----单相变压变频的情况，由于单一输入电压换向时输入电压很小，几乎为零，所以无法通过简单的开关转换满足输出电压的幅值要求，造成能量缺失，使得输出波形严重畸变。如图1所示，输出波形每间隔一段时间就出现一次“内凹”，其出现的频率与输入电压过零频率相同，即在每个输入电压周期中，出现2次畸变。

发明内容

为了解决上述波形畸变的问题，本发明采用能量补偿策略，在单向矩阵变换器同电源间加入一能量补充电路，在没到换向点时，将一部分输入能量存储在储能电容中，当换向点时，控制电路将储能电感中存储的能量释放出来，对输出的能量进行补偿，减少畸变影响(基本原理)。这样就能保证输出波形可以满足要求。同时，利用高频时储能元器件储能量少的特点，降低了元件的容量，从而减少器件体积，提高了装置的功率密度。

本发明技术方案如下：

可控能量补充的单向矩阵变换器，包括交流电源、双向开关矩阵和负载，交流电源的输出端同双向开关矩阵输入端相连，双向开关矩阵输出端同负载相连，形成回路，其特征在于，交流电源输出端还连接一可控能量补充电路，该可控能量补充电路输出端同双向开关矩阵输入端相连，所述可控能量补充电路由三个低速单向控制开关S₀₁、S₀₂、S₀₃、两个二极管D₁、D₂和能量吸放电容C₁组成，S₀₂依次同D₁、D₂、C₁串联形成回路，S₀₁并联于D₂两端，S₀₂、D₁间引出端A作为可控能量补充电路输入端一端，D₁、D₂间引出端in作为可控能量补充电路输出端一端，S₀₂、C₁间引出端同S₀₃一端相连，S₀₃另一端作为可控能量补充电路输入端的另一端和输出端的另一端。

进一步，交流电源输出端和双向开关矩阵间连接了多个所述可控能量补充电路，所述多个可控能量补充电路之间输入端与输出端相连。

进一步，交流电源输出端同可控能量补充电路间连接一桥式变流电路。

上述单向矩阵变换器的控制方法，通过控制模块对可控能量补充电路和双向开关矩阵中的开关进行调制，实现方式如下：

①在可控能量补充电路输入端检测电压信号由A点采样获取，并根据包络线判断电容充放电状态，确定可控能量补充电路由三个低速单向控制开关S₀₁、S₀₂、S₀₃的状态：

②在可控能量补充电路输出端检测电压信号由in点采样获取，并根据公式(3)、公式(4)计算双向开关矩阵的矩阵M(t)调制数值；

通过上述矩阵变换器和控制方法有效消除了输入电压过零时的输出波形畸变。同时，利用高频时储能元器件储能量少的特点，降低了元件的容量，相对交-直-交变换器，从而减少器件体积，提高了装置的功率密度。

所述矩阵变换器还可包括多个可控能量补充电路串接，以达到更佳的畸形弥补的效果。

所述交流电源输出端同可控能量补充电路间连接一桥式变流电路，通过桥式变流使得输入波形由正弦波变为脉动波形，由于单相矩阵变换器在每个斩波过程中对输入波形都有一个倒相过程，其波形包络线与不采用桥式电路时相同。单向脉动输入能够使用单极性电容，从而减小装置体积，提高功率密度。

附图说明

图1含有畸变的输出波形图；

图2为可控能量补充的单向矩阵变换器电路原理图；

图3为可控能量补充的单向矩阵变换器电路实施仿真图；

图4为可控能量补充的单向矩阵变换器的控制框图；