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1、-范文最新推荐-1 / 18Saber 高频环节矩阵式变换器的分析与设计摘要本文首先论述了矩阵变换器的研究历程及发展现状。介绍了高频逆变技术、矩阵变换技术的概念及其优缺点，并基于矩阵变换器中的双向开关模块提出了四种构成方案：串联型、并联型、桥式型和混合型；阐述了高频环节矩阵式变换器的两种控制方法：解结耦控制与单极性移相控制。以全桥全波式高频环节矩阵变换器拓扑结构为例对单极性移相控制原理进行了稳态分析。设计了由单极性移相原理控制的 高频环节矩阵式变换器，利用 Saber 软件对电路进行了仿真研究，仿真结果验证了该控制策略的可行性。8217关键词矩阵式变换器高频单极性毕业设计说明书（论文）外文摘要
2、TitleAnalysis and design of high frequencymatrix converterAbstractThe paper first discussed the course of research and development status of the matrix converter.The next told us the High frequency inverter technology, the concept of matrix transformation techniques and their advantages and disadvan
3、tages, based on the matrix converter bi-directional switch module it proposed four component programs：series type, shunt type, bridge type and hybrid type；And described the two control methods of high frequency link matrix converter：phase shift control solution and junction coupling control with uni
4、polar.And it analyzed full-bridge bi-directional voltage source full-wave high-frequency link inverter topology, based on the unipolar phase shift control principle of a steady-state.Prototypes foruni-polarity phase shifting controlled bi-directional voltage mode inverter with high frequencylink is
5、-范文最新推荐-3 / 18designed.Computer simulation was carried out in terms of Saber software and the results verify the feasibility of the proposed scheme.KeywordsMatrix converterHigh frequencyUnipolar 1）电能的直接双向流通，可以实现真正的四象限运行；2）输入与输出电流波形均为正弦波，谐波含量少；3）对任意负载均可实现输入侧功率因数为 1；4）不需要作为直流储能环节的电感或电容，电路结构紧凑，体积小。广义的矩
6、阵式变换器概念包括 M-相-N 相变换的各类拓扑，目前研究较多的有间接型三相-三相矩阵式变换器、三相-单相矩阵式变换器、单相-单相矩阵式变换器等。间接型三相-三相矩阵式变换器由整流级电路和逆变级电路两部分组成，与传统的交-直-交变频器不同的是，中间环节不采用电容或电感等直流储能元件。三相-单相矩阵式变换器是指输入侧为三相交流电，而输出侧为单相负载的矩阵式电路拓扑，分为带中线式和不带中线式。单相-单相矩阵式变换器是指输入侧为单相交流电，而输出侧也为单相负载的矩阵式电路拓扑。矩阵式变换器图 1.1.1 矩阵式变换器由于具有诸多优点，矩阵式变换器成为电力电子技术目前研究的热点之一，可在以下领域中发挥
7、作用：1）高压大功率变换中 尽管矩阵式变换器输入输出电压比不高，但在需要高压的场合，可将矩阵式变换器串联使用，以达到高压大功率输出。2）功率因数校正中 由于可以任意调节矩阵式变换-范文最新推荐-5 / 18器的输入功率因数，则可改变其控制策略用于校正电路的功率因数1。3）电源产品中 在矩阵式变换器实现技术和调制理论比较成熟时，可以进行 AC-DC 和 DC-AC 变换，与目前电源产品相比，有功率因数高、无中间储能环节、结构紧凑等优点。1.2 矩阵式变换器研究历程1.2.1 矩阵式变换器的电路拓扑结构研究 目前 9 开关矩阵式变换器的控制策略主要有：1）直接变换法：直接变换法通过对输入电压进行连
8、续斩波来合成输出电压，该方法又可分为坐标变换法、谐波注入法、等效电导法和标量法。2）滞环电流比较法将给定的三相输出电流信号与实测的输出电流信号进行比较，根据比较结果和输入电源当前所处状态决定开关动作。3）间接变换法4,5间接变换法也成为等效交-直-交变换法，它将矩阵式变换器虚拟的分为整流器和逆变器两部分，中间由一个虚拟的直流环节连接在一起，其结构与传统的交-直 -交型通用变换器一致。这种方法的优点是可以使用目前较为成熟的各种高频整流和高频逆变 PWM 波形合成技术，是一种比较有发展前途的控制策略。但是这种方法计算各开关的占空比时，未直接利用瞬时电压电流量，所以当三相输入电压源发生波动，导致不平
9、衡时，间接变换法无法及时作初调整，导致输入、输出波形的质量下降。1.2.3 矩阵式变换器的换流策略研究-范文最新推荐-7 / 18换流策略是矩阵式变换器的关键技术之一，矩阵式变换器能否真正应用于工程实践的关键问题之一就是能否安全可靠的实现器件换流，目前普通矩阵式变换器的换流技术主要有：四步换流法、两步换流法和一步换流法三种6。多电平矩阵式变换器同样存在着两组不同开关状态发生切换时，输入电压不能短路和输出电流不能短路的问题，所以多电平矩阵式变换器的换流技术与普通矩阵式变换器相同。而双级矩阵式变换器的一大优点就是在整流级实现了零电流换流，避免了复杂的换流策略，换流简单可靠，易实现。1.2.4 矩阵
10、式变换器研究的最新进展1994 年弗吉尼亚电力电子中心年会上展出了输入端具有功率因数校正下(PFC) 的三相 -三相矩阵式变换器。1995-1996 年，Peter Nilson 在其博士论文中，以Siemens 为控制器做出了试验装置，对矩阵式变换器的外围电路进行了一系列研究。1998-1999 年，1999-2000 年， Christon 两次作为访问学者在美国也研究出了一套装置，并对输入电压不平衡时，人工负载下矩阵式变换器的控制策略进行了研究。 1.3 本文研究的内容与意义1.3.1 本文研究的内容本文主要研究高频环节矩阵式变换器，研究内容是：1）介绍了矩阵变换器的研究历程与发展现状。
11、2）阐述了高频逆变技术、矩阵变换技术的概念及其优缺点，对矩阵变换器中的双向开关模块进行了分析。3）针对高频环节矩阵式变换器提出了两种控制方法：解结耦控制与单极性移相控制。基于不同形式的-范文最新推荐-9 / 18电路拓扑对两种方法进行了详细的介绍与分析。4）以全桥全波式高频环节矩阵式变换器拓扑结构为例对单极性移相控制原理进行了稳态分析。5）设计了 单极性移相控制高频环节矩阵式变换器电路，详细介绍了各部分电路构成和关键电路参数设计。6）利用 Saber 软件对电路进行了仿真研究，仿真结果验证了该控制策略的可行性。1.3.2 本文研究的意义本文的主要研究意义如下：1）本文论述了高频环节矩阵式变换器
12、电路拓扑，提出的高频环节矩阵式变换器具有电路拓扑简洁、两级功率变换（DC/HFAC/LFAC） 、双向功率流等特点。 2）提出了比较新颖的解结耦思想，并加以分析；针对高频环节逆变器存在的电压过冲现象，提出了单极性移相控制方法，并进行稳态分析。3）利用 Saber 软件对电路进行了仿真研究，仿真结果验证了单极性移相控制原理的可行性，对于进一步推进矩阵式变换器实用化及其深入研究都有着积极的意义。2 高频环节矩阵变换理论2.1 高频逆变技术概述传统的逆变技术通常采用逆变器输出加一级工频变压器来实现电气隔离和电压调整11。为了滤除逆变器产生的高次谐波，输出滤波器是必不可少的。虽然该方法应用广泛，性能可
13、靠、技术成熟，但是仍然存在着许多不足之处： 1）输出电压幅值和频率可独立控制，输出频率可-范文最新推荐-11 / 18以高于、低于输入频率，理论上可以达到任意值；2）在某些控制规律下，输入功率因数角能够灵活调节达到 0.99 以上，并可自由调节，可超前、滞后或调至接近于单位功率因数角；3）采用四象限开关，可以实现能量双向流动；4）没有中间储能环节，结构紧凑，效率高；5）输入电流波形好，无低次谐波；6）具有较强的可控性；随着研究的不断深入，电力电子器件和应用技术以及微机控制技术的发展，控制理论的日益完善，成本的不断降低，必将以其独特的优点在未来产品化方面形成优势，日益接近实用化。2.3 双向开关
14、模块概述 矩阵变换器中的双向开关要求具有双向导通电流和双向阻断电压的能力，这样的开关又被称为四象限开关(4Quadrant Switch，简称 4QSW)，是必须选用的开关形式，其含义是：这种双向可控开关有两种基本形式：组合式和费组合式。组合开关有以下几种类型：串联型，又称为共发射级、共集电极反向并联型；逆阻型 IGBT（RB-IGBT ）开关并联型；桥式型，又称为二极管嵌入型；混合型，又称为谐振型。非组合型双向开关基于一个硅片，如双向晶闸管（TRIAC ） ，又如 1998 年 Chang Jie 开发出了一种基于一个硅基片双驱动极的双向 IGBT，称为 IBGT，但未见产品化报导。由于目前矩阵变换器都采用全部隔离驱动方式，双向可控开关的选择应该考虑到
