矩阵变换器
Z源矩阵变换器交流调压功率变换仿真研究
１ ． 引 言 矩 阵 变 换 器 作 为 一 种 功 率 变 换 装 置 ， 相 比于 晶闸管 相控 交一 交变换 器 ，具有 输入侧
功 率 因数 高 的 优 点 ； 相 比于 脉 宽 调 ￣ ］ ｆ Ａ Ｃ — Ｄ Ｃ — Ａ ｃ 变 换 器 ， 具 有 无 中 间 直 流 环 节 ， 输 出 电 压 和 频 率 可 调 ，动 态 响 应 快 等 显 著 优 点 ” 。 但 在 某 些 方 面 仍 存 在 一 定 的缺 陷 ，如 电 压 传 输 比 低 、 可 靠 性 低 等 。ｚ 源 矩 阵 变 换 器 作 为 种 新 型 的 功 率 变 换 电 路 拓 扑 ， 在 具 有 传 统 矩 阵变 换 器 优 点 的 同时 还 能 够 提 高 效 率 、 降 低 器 件 损 耗 、 抑 制 高 次 谐 波 、增 强 系 统 可 靠 性 、提 高 电 压 的传 输 比 。 因 此 为 了 扩 大 ｚ 源 矩 阵 变 换 器 的 应 用 范 围 ， 需 要 对 其 进 行 更
Ｉ ． ． 皇王研霾…………………………一
ｚ 源矩 阵变换器交流 调压功率变换 仿真研究
山东科技 大学信 息与 电气工程 学院 刘伟伟 山东省 电力公 司 Ｅ ｌ 照 莒县供 电公 司 蒋志华
【 摘 要 】本 文 针 对 Ｚ源 矩 阵 变 换 器 的特 点 ， 选 用 双 空 间 矢量 控 制 方 法 。 利 用 Ｍａ ｔ ｌ ａ ｂ３ ２ 具 构 建 了 三相 ｚ源 矩 阵 变换 器 的 仿 真 模 型 ，通 过 有 规 律 的 控 制 矩 阵 变换 器 的 双 向 电子 开 关 ，得 到所 需要 的 交流 输 出 电压 。仿 真 结 果 表 明该 控 制 方 法 达 到 了设计 目的 ， 实 现 了对 Ｚ源 矩 阵 变换 器 的 交 流 调 压 功 率 变 换 的 控 制 。 【 关 键 词 】ｚ源 矩 阵 变 换 器 ；双 空 问 矢 量 控 制 ；交 流 调 压 功 率 变 换 ；Ｍａ ｌ ｔ ａ ｂ 仿 真
矩阵变换器-永磁同步电机矢量 控制系统的新型电流控制方法
2007年 3 月电工技术学报Vol.22 No.3 第22卷第3期TRANSACTIONS OF CHINA ELECTROTECHNICAL SOCIETY Mar. 2007矩阵变换器−永磁同步电机矢量控制系统的新型电流控制方法葛红娟周波苏国庆张绍（南京航空航天大学自动化学院南京 210016）摘要分析了基于电流滞环控制的矩阵变换器−永磁同步电机（MC-PMSM）系统的开关组合状态和存在的缺点：系统侧电流存在较大的5次和7次谐波分量。
提出了一种改进电流控制方法，该方法采用电机电流双环控制，得出三相电机电流的6个电流控制信号，并将输入三相电压分成12个相区，根据电流控制信号和相区号的不同，选择不同的输入相与输出相连接，确定出矩阵变换器开关组合状态。
在该方法中，每个输入相在整个周期内都参与调制，降低了系统输入电流的谐波分量，提高了系统输入电流的正弦度。
关键词：矩阵变换器永磁同步电机谐波分量电流双环控制矢量控制中图分类号：TM301Novel Current Modulation Approach for the Vector Control ofMC-PMSM SystemGe Hongjuan Zhou Bo Su Guoqing Zhang Shao（Nanjing University of Aeronautics and Astronautics Nanjing 210016 China）Abstract An improved current hysteresis-loop modulation approach for the vector control of matrix converter-permanent magnet synchronous motor (MC-PMSM) system is presented in this paper.With the approach, the three-phase input voltages are divided into twelve sections and three pairs of current control signals are deduced by comparing the reference values and the measured values of the output currents based on double current loops. Then, the states of the switches in the MC-PMSM system are determined according to the section number of the input voltages and one of the three pairs of current control signals, so that the modulation of every input voltage phase hold in the whole periods.Hence the 5th harmonic, the 7th harmonic, and the total harmonic distortion (THD) of the input currents, which are relative large when the based current hysteresis-loop modulation method is adopted in the system, are obviously reduced and the input currents of the system become more sinusoidal.Keywords：Matrix converter, permanent magnet synchronous motor, harmonic components, double current loop modulation, vector control1引言矩阵变换器可以实现输入电流和输出电压波形的正弦化，输入功率因数可调，没有大体积的直流环节，因此，在交流传动系统中蕴藏着良好的应用前景。
【系统仿真学报】_矩阵变换器_期刊发文热词逐年推荐_20140723
2012年 科研热词 锁相环(pll) 对称分量法 同步旋转坐标系(srrf) 双级矩阵变换器(tsmc) 推荐指数 1 1 1 1
2010年 序号 1 2 3 4
科研热词 快标不稳定性 双频 分岔与混沌 buck变换器
推荐指数 1 1 1 1
2011年 序号 1 2 3 4 5 6
科研热词 矩阵变换器 电压传输比 双模过调制 psim matlab fft分析
推荐指数 1 1 1
推荐指数 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2009年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
2009年 科研热词 仿真 双级矩阵变换器 鲁棒pid控制 风力发电 载波调制 负载不平衡 调制模式 解耦控制 统一潮流控制器 矩阵变换器 电压传输比 最大风能捕获 无刷双馈电机 数值仿真 建模 合成矢量 双级四脚矩阵变换器 三维空间矢量调制 svm s-函数 buck-boost矩阵变换器 推荐指数 3 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2008年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17
科研热词 双级矩阵变换器 风力发电 闭环控制 连续导通模式 离散模型 神经元pid控制 矩阵变换器 直流变换器 持续时间 变速恒频 励磁控制 功率特性 不连续导通模式 pi控制 dq稳态模型 dq坐标变换 dfig
矩阵变换器的过调制策略
ｍ ａｒｘ ｃ ｎ ｅ ｅ ｙ ｔｍ ． ｔ ｏ ｖ ｒ ｒｓ ｓｅ ｉ ｔ
Ｋｅ ｒ ｓ ｙ ｗｏ ｄ ：ｍ ａ ｒｘ ｃ ｎ ｅ ｔ ｒ ｏ ｔ ｇ ｒ ｎ ｆ ｒ ｒ ｔ ｔ ｉ ｏ ｖ ｒｅ ；ｖ ｌａ ｅ ｔａ ｓ ｅ ａ ｏ；ｏ ｅ ｍｏ ｕ ａ ｏ ｉ ｖ ｒ ｄ ｌｔ ｎ ｉ
调 制方 法 。
鲁 静 （９ ０ ） 女 。 １８ 一 。 从事电子 电子 变换技 术研究。
关键 词 ： 矩阵变换器； 电压调制比比； 过调制策略
中图分 类号 ： Ｍ ４４ 文献标 志码 ： 文章编号 ： ６４８ １ （ ０２ ０ －８０ Ｔ ６ Ａ １７ ４ ７ ２ １ ）５４ －５
基于MATLAB的三相矩阵变换器的建模与仿真分析
与其它变频电路相比，矩阵式变频电路具有以下特点：１）输出电压为正弦波，输出频率不受电网频率的限制。
２）输入电流也可控制为正弦波且和电压同相，功率因素为１，也可控制为需要的功率因素。
３）能量可双向流动，适用于交流电动机的四象限运行。
４）没有中间的直流环节，效率较高。
５）可现实频率、幅值、功率因素等的独立控制。
常用的三相矩阵拓扑结构如图１所示。
２ 矩阵式变换器的基本原理对三相交流电压ｅα、ｅｂ、ｅｃ进行ＰＷＭ控制，假定开关频率足够高，则其输出电压Ｖα、Ｖｂ、Ｖｃ为： （１）其中Ｔｃ为一个开关周期，ｔ１、ｔ２、ｔ３等为一个开关时间内的导通时间。
其中ｔ１１＋ｔ１２＋ｔ１３＝Ｔｃ （２）即矩阵的每行时间和为Ｔｃ。
基于ＭＡＴＬＡＢ的三相矩阵变换器的建模与仿真分析王田 钱平 上海应用技术学院电力电子与电力传动 ２００２３５１ 引言近年来，出现了一种新颖的矩阵式变频电路，这种电路是直接变频电路，控制方式不是相控而是斩控方式。
由于其具有诸多理想特性成为国内外研究的热点之一。
这里我们把称为调制矩阵，并记作为Ｔ。
因此我们可以把（１）式缩写为：Ｖ＝Ｔ＊ｅ （３）根据阻感负载电流具有电流源的性质，负载电流的大小是由负载的需要决定的，在矩阵式变频电路中，９个开关的通断情况确定后，即Ｔ矩阵中各元素确定后，输入电流电流和输出电流的关系也就确定了。
实际上，其输出电流与输入电流的关系如下式： （４）可缩写为： （５）其中指输入电流矩阵，为输出电流矩阵。
为调制矩阵的转置矩阵。
对一个实际系统来说，输入电压和所需要的输出电流是已知的。
设其分别为 （６）图１ 矩阵变换器的拓扑结构图２ 双向开关封装前后图 （７）图５ 负载三相电压与电流图６ ＰＷＭ控制图图４ 矩阵变换器的三相仿真图图３ 一组双向开关封装前后图其中Ｕｉｍ、Ｉｏｍ为输入电压和输出电流的幅值；ωｉ、ωｏ为输入电压和输出电流的角频率；φｏ为相应于输出频率的负载阻抗角，这样希望的输出电压和输入电流就分别为：（８）（９）能够求得式（８）和（９）的调制矩阵Ｔ，就可得到式中所希望的输出电压和输入电流。
矩阵式变换器交流励磁的变速恒频风力发电系统研究
矩阵式变换器交流励磁的变速恒频风力发电系统研究结合矩阵式变换器、交流励磁发电技术和矢量控制的优点，建立了矩阵式变换器供电的变速恒频交流励磁风力发电机定子磁场定向的矢量变换控制系统模型，该系统能够在不同风速下最大程度地获得风能，高质量发电，并实现有功、无功功率的独立调节。
仿真结果展现了系统的优良特性，验证了该方案的正确性和有效性。
标签变速恒频风力发电；矩阵式变换器；交流励磁引言：随着环境保护要求的日益提高和一次性能源的日趋耗尽，开发洁净无污染的后续能源已成为当务之急。
风能作为一种可再生能源近年来受到广泛的重视，风力发电愈来愈高技术化、高性能化。
风力发电机并网发电时，要求输出频率和电网频率一致。
采用变速恒频方式可以提高风能的获取和转换利用率，是很适合风力发电的运行方式，也是它的发展方向。
变速下实现恒频发电的方法众多，其中一种方案是交流励磁发电，它采用变频器实现双馈发电机的交流励磁，变频器只需供给转差功率，大大减小了容量的需求。
此时发电系统可根据风力机的转速变化调节励磁电流的频率，实现恒频输出；通过改变励磁电流的幅值和相位实现发电机有功、无功功率的独立调节，这应是变速恒频发电中的优化方案。
1.交流励磁变速恒频风力发电原理交流励磁发电机从结构上看就是一台绕线式异步电机，转子上采用三相对称分布的励磁绕组，对称交流电励磁，且励磁电压的频率、大小、相位、相序都可根据系统要求加以控制。
交流励磁发电机转速不同于同步转速，但由于其转子实际转速加上交流励磁产生的旋转磁场的转速（方向可以相同或相反）等于同步转速，则在电机气隙中形成一个同步旋转磁场，在定子侧感应出同步频率的感应电势。
因此有的称交流励磁发电机为“异步化同步发电机”。
正是由于交流励磁发电机励磁控制自由度的增加，才使得该类电机具有超越传统同步发电机的性能，其主要表现在：（1）当交流励磁发电机稳态运行时，其转子励磁频率可根据所需电机的转速加以控制，以满足机电能量转换条件：ωs =ωr±ωf，其中ωs为电网角频率，ωr为转子旋转角速度，ωf为励磁电压角频率，因此可实现变速恒频发电；（2）交流励磁发电机励磁磁场的大小以及相对转子的位置决定于励磁电压的大小、频率及其与定子电压的相位关系，采用适当的控制策略后，可使发电机输出的有功、无功功率独立调节。
双级矩阵变换器换流策略研究
本文将用 于 Ｃ ＭＣ 的 四步 换 流 策 略 移 植 到
Ｔ Ｓ ＭＣ，在 对 Ｔ Ｓ ＭＣ调 制 策略进 行 研究 的 基础 上 ， 搭
建 了一 台基 于 英 飞凌 Ｘ Ｅ １ ６ ４ ＋ Ｃ Ｐ Ｌ Ｄ 的实 验 样 机 ， 对 四步 换 流策 略进 行 了实 验 验证 ， 实 验 结果 表 明， 四步
ｆ １ ９ ５ ０ 一 ） ， 男， 教授 ， 博士生导师 ， 研究方向为交流传动 与新
型电力电子装景， Ｅ — ｍａ ｉ ｌ ： ｚ ｈ ｏ ｎ ｇ ｙ ｒ ＠ｘ ａ ｕ ｔ ． ｅ ｄ ｕ ． ｃ ａ 。
８ ０
电
源
学
报
总第 ４ ５ 期
Ｎ
图 １ １ ８开 关 双 级 矩 阵 变 换 器 拓 扑
Ｔ Ｓ ＭＣ在 工业 中推广 和应 用 的瓶 颈 主要 在 于 其 安 全 换 流和调 制策 略 。 Ｔ Ｓ ＭＣ工 作 时须 同时 满 足 输 入 侧 不 能短 路 ， 输
１ ． １ 整 流级 调制 策 略
为 了在直 流 侧 输 出极 性 为 正 的直 流 电压 ， 并 获
出侧 不 能开 路 两 个 约束 条 件 ， 所 以需 要 特殊 的换 流
模 式 。文献［ ３ 】 提 出 的整流 逆变 协调 换 流策 略理 论虽 简单， 但 硬件 较难 实 现 。
得最大的电压利用率 ， 同时使输入电流正弦 、 输 入 单位 功率 因数 ， 需 把输 入 相 电压 的周期 分成 ６个 区 间， 如图 ２ ， 每 个 区间 中 ， 一相 电压绝 对 值最 大 ， 另 两 相 电压极 性 同 它 相反 ， 绝 对 值 最 大相 的双 向开关 处
矩阵变换器与直接转矩控制融合仿真研究
ｌｎｏ ｔｎＥＩｎｅｎ ｏ ｅｅｏ Ｘａｇ ｎＵ ｉ ｒｔ．ｉ ￣ ｎ４ ０ ｈｎ ） ｆｍａｏ ｉ ｆ ｇＣｌｇ ｆ ｉ ｔ ｎｖ ｓｙ Ｘａ Ｉ ｒ ｉ ｒ ｅｉ ｇ ｌ ｎａ ｅｉ ｎ １ ５Ｃ ｉａ １ １
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第２ ８卷 第 ４期
２Ｏ Ｏ ６年 １ ２月
湘
潭
大
学 自 然
科
学
学
报
Ｖｏ ． ８ Ｎｏ． １２ ４
Ｎ ｔｒ ｌ ｃｅ ｃ ｏ ｒａ ｆＸ ａ ｓ￣ Ｕｎｖ ｒｉ ａ ａ Ｓ ｉｎ ｅ Ｊ ｕ ｎ ｌｏ ｉｎ ｔ ｕ ｉｅ ｓ 式 变换器 ； 间矢量调制 ； 异 矩 空 直接转矩控 制
文献 标 识 码 ： Ａ 文 章埔 号 ：００—５ｏ ｛ｏ ６ｏ 一ｏ９ １０ ９ｏ ２ｏ ｝４ ｏ６一ｏ ７
中 圈 分 娄 号 ： Ｐ １ Ｔ ３２
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｒ ｃ ｒ ｕ ｎ ｒ ｌｏ ｎ ｃｉｎ Ｍ ｏ ｏ ｓ ａ ｃ ｎ Ｄｉｅ ｔＴｏ ｑ ｅ Ｃｏ ｔｏ ｆＩ ｄｕ ｔｏ ｔ ｒ ｆｄ ｂ ａ ｒｘ Ｃｏ ｖ ｒｅ ｅ ｙ Ｍ ｔｉ ｎ ｅ ｔｒ
ｖ ｒ ｘ ｐ ｒＢ ．８ｃ ｍ ｉ ｅ ｏ ｔ ｌ ｔ ｔｇ ｒ ｔ ｘ ｃ ｎ ｅ ｔｒ ｅ ｄ ｃｉｎ ｍ ｔｒ ｒｖ ｙｔｍ ｒｐ ￣ｄ ｈｃ ｌ— ｅ ｔ ｅ ｅ ｏ ｂ ｎ ｄ ｃ ｎｒ ｒ ｅ ｙ ｆ ｒ ｏ ｖ ｒ ｄ ｉ ｕ ｔ ｏ ｏ ｉｅ ｓ ｓ ｅ ｏｓａ ｏ ｍａ ｉ ｅｆ ｎ ｏ ｄ ｅ ｉ ｐ ｏ ・ｗ ｉｈ ｉ ｅ ｓ ｅ ｍｐ ｍｅ ｔ ｂ ｔ ｐ ｃ ｅ ｔｒ ｍｏ ｕ ａ ｏ ｆｍ ｔ ｘ ｃ ｎ ｅ ｅ ｎ ｉ ｃ ｅｄ ｏ ｉｎｅ ｏ ｔ ｌ ｏ ｎ ｕ ｔ ｎ ｍｏｏ ．Ｕ ｉｇ ｔ ｉ ｎＳ ｏ ｓ ａ ｖ ｃ ｄ ｌ ｔ ｎ ｏ ｒ ｏ ｖ ｒ ｒａ ｄ ｄｒ ｔｆ ｌ ｒ ｔ ｃ ｎｒ ｆｉｄ ｃｉ ｔｒ ｓ ｓ ｈ ｅ ｏ ｉ ａ ｉ ｔ ｅ ｉ ｅ ｄ ｏ ｏ ｎ ｈ ｃ ｍ ｉｅ ｏ ｔ ｌ ｔ ｔｇ －ｉ ｉ ｐ ｓｉｌ ｏ ｉｅ ｔｅａ ｖ ｎａ ｅ ｔｘ ｃ ｎ ｅ ｔｒ ｄ ｔｅ ａ ｖ ｎａ ｅ ｆｄｒｃ ｒｕ ｏ ｎ ｄ ｃ ｎｒ ｒ ｅ ｙ ｔ ｓａ ｓ ｅ ｔ ｃ ｍ ｎ ｄ ａ ｔ ｓ ｍ ｒ ｏ ｖ ｒ ｄ ａ ｔ ｓｏ ｉ ｔ ｏｑ ｅ ｂ ｏ ｓａ ｂ ｏ ｂ ｈ ｇ ｏ ａ ｉ ｆ ｅａ ｈ ｎ ｇ ｅ ｔ ｃ ｎｒ ｌ ｃ ｎｑ ｅ ａ ｄ地Ｂｉ ｈｇ ｅ ｏｍａ ｃ ｏ ｔ ｌ ｄ ｃ ｏ ｏ ｒ ｉ ｕ ａ ｏ ｓ ｔ ｓ ｏ ｅ ｇ ｏ ｒ ｒ ｎ ｅ ｏ ｔ ｈ ｉｕ ｏｔ ｅ ｎ Ｉ ｉｈ ｐ ｒ ｒ ｎ ｅｃ ｎｒ ｉ ｕ ｔ ｎ ｍ ｔ ．Ｓ ｍ ｔ ｎ ｒ ｕ ｓ ｈ ｗ ｔ ｏ ｄ ｐ ｆ ｍａ ｃ ｆ ｏｏ ｎ ｉ ｆ ｏ ｌ ｉ ｅｌ ｈ ｅ ｏ ｏ ｅ ｄ ｉ ｙ ｔｍ ｉ ｙ ａ ｉ ｏ ｄ ｔ ｎ ，ｉ ｅｍｓｏ ｃ ｅｅａｉｎ ｅ ｅｅａ ｏ ｎ ａ ｒ ｕ ｈ ｎ ｅ ；ｆｕ ａ ｒ ｔ ｆｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ｎ ｄ ｎ ｍ ｃ ｃ ｎ ｉ ｏ ｓ ｎ ｔｒ ａ ｃ ｌｒｔ －ｄ ｃ ｌ ｔ ｎ ａ ｄ ｌ ｄ ｔ ｑ ｅ ｃ ａ ｇ ｓ ｏ ｒｑ ｄ ａ ｈ ｖ ｅ ｉ ｆ ｏ ｒｉ ｏ ｏ ｕ ｎ ｏ ｒｔ ｎ ｒｓ ｔ ｄ ｍｏ ｓ ａｅ ｔｅ ｒｇ ｎ ｒ ｔ ｎ ｃ ｐ ｂ ｌｙ ｏ ｅ ｄ ｉｅ ｓ ｓ ｍ． ｅ ｐ ａｉ ｕ ｓ ｅ ｎ ｔ ｔ ｈ ｅ ｅ ｅａ ｏ ａ ａ ｉｔ ｔ ｒ ｙ ｔ ｏ ｅｌ ｒ ｉ ｉ ｆｈ ｖ ｅ
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以A输出相电路为例，假设按照控制策略要求,功率由电压源Ua改为由Ub提供
Ua
SA1
SA2
Ub
SB1
UA
SB2
Uc
SC1
IL
SC2
矩阵变换器A相输出电流四步换流原理图
四步换流时序图
五、换流方法的研究
② 两步法：引入输入电压相区概念，在每个相区中，输入电压
应高电压。
即需要满足约束：
Sia Sib Sic 1
i A,B,C
其中：i=｛A,B,C｝,j=｛a, b, c｝,i代表输出，j代表输入。
三、调制基本原理
(问题描述)
VA
iA
sAa sAb sAc
电压输入输出关系
VB
iB
sBa sBb sBc
VC
iC
sCa sCb sCc
ia
ib
ic
0
已知
Va
ic
0
定义:
1 Sij 0
Va
Vb
Vc
当开关单元开通时； 当开关单元关断时；
矩阵变换器的正常运行必须
满足以下两个约束条件：1) 在任
意时刻与同一输入相相连的三个
开关必须且只能有一个开关元件
导通，否则将造成输入两相短
路；2) 在任意时刻与同一相负载
相连的三个开关也不能同时关
断，以免造成感性负载开路而感
矩阵变换器的空间矢量法由南斯拉夫学者Huber和美国 教授Borojevic两人在1989年联合提出。
空间矢量调制方法将单级矩 阵变换器等效为一个虚拟整 流器和一个虚拟逆变器通过 虚拟的直流环节串联，在虚 拟整流器中对输入相电流进 行空间矢量PWM调制，在虚 拟逆变器中对输出线电压进 行空间矢量PWM调制，最后 根据开关函数的对应关系综 合出矩阵变换器的交一交直 接变换控制方式。
第三步、空间矢量调制方法
矩阵变换器占空比为
开关序列
以输入参考电流矢量在第一扇区，输出参考电压矢量在第一扇区为例
计算好占空比后 开关序列安排
好处：每次切换只动作一个开关，且占空比对称安排，可以减少输出电压谐波
五、换流方法的研究
换流是指将负载电流从一个双向开关管换到另一个双向 开关管。在调制过程中，矩阵变换器开关管通断状态不断改 变，换流始终存在，因此安全换流是矩阵变换器控制策略中 一项至关重要的问题。为实现双向开关之间安全切换或抑制 换流不安全所带来的危害， 除了在输出侧增加整流式阻容箝 位电路限制过压、在输入端增加一组共铁心的线圈对磁通进 行调整外，还需要探索新的安全换流方法。
谐波污染会影响到整个电力系统的电气环境，对 电力系统本身和其他用户和设备造成极大的危害。
所以迫切需要研究开发一种“绿色”电源变频器。
“绿色”电源变频器特征
（1）良好的输出特性
矩阵变换器满足所有要 求，是实现“绿色”电
源 变频器最具发展前景的 技术方案。
（2）高输入功率因数，消除对电网的谐波污染
（3）能实现能量的双向流动，满足电机四象限运行
3×3矩阵变换器拓扑结构
o
va
vb
vc
ia
ib
ic iA
S11
S12
S13 uAB
iB
S21
S22
S23
uBC
uCA
iC
S31
S32
S33
iAB iCA
iBC
3×3矩阵变换器拓扑sAb sAc
VB
iB
sBa sBb sBc
VC
iC
sCa sCb sCc
ia
ib
换流方法主要有四步半软换流、两步半软换流 、辅助谐 振软开关换流等。
五、换流方法的研究
①四步法(半软开关法)：通过检测负载电流的方向，恰当地安排两 个双向开关中4个单向开关的导通关断顺序，经历4步可以使负载 电流从一个双向开关转换到另一个双向开关。由于一次换流中总
有2步是自然换流，因此也称之为半软开关换流。
第一步、Alesina-Venturini 1981
从数学角度求得,调制矩阵 M
缺 陷： q 0.5
h=A,B,C; k=a,b,c
第二步、Alesina-Venturini 1989
在M上叠加了三次谐波,得到新调制矩阵
优点： q 0.866 缺陷： 复杂
h=A,B,C; k=a,b,c
第三步、空间矢量调制方法
电力电子技术
矩阵变换器
主要内容
矩阵变换器的研究背景 基本电路拓扑 调制基本原理与调制策略 安全换流技术 双级矩阵变换器的简介 保护电路 研究热点及应用前景
一、研究背景
目前工业生产和日常生活中广泛使用的变频器存 在很多缺点，如寿命短、可靠性差、体积大、成本 高。其中最突出的缺陷是对电网造成的谐波污染。
第三步、空间矢量调制方法
Iref 为输入参考电流矢 量
Uref 为输出参考电压矢量
第三步、空间矢量调制方法
通过改变Iref的旋转速度，即可调节输入功率因数角。例如，当需 要单位功率因数时，只需要对输入相电压矢量进行检测，包括测量输 入相电压矢量所处的扇区和在扇区中的角度位置，就可以简单得到输 入相电流矢量在每一扇区的位置角,然后让输入相电流矢量与输入相电 压矢量同步同频旋转即可。
的需要
（4）结构简单，具有较高的能量密度和效率
矩阵变换器优点
① 输入功率因数可控，带任何负载时都能使功率因数为 1.0，实现谐波主动削减 ;
② 输出电压和输入电流的低次谐波含量较小； ③ 能够实现能量双向流动, 便于电动机实现四象限运行; ④ 控制自由度大,输出电压幅值和频率范围连续可调; ⑤ 无中间直流环节，结构紧凑，体积小，效率高，便于实
现模块化; ⑥ 无需较大的滤波电容，动态响应快。
二、电路拓扑
矩阵变换器的电路拓扑形式早在1976年就被提 出，但直到1981年意大利学者M.Venturini和A.Alesina 提出了矩阵变换器存在的控制策略后，其特点才为人 们所关注和研究。
矩阵变换器最初提出时指的是用双向开关连接的 从m相输入变换到n相输出的一般化结构，因此被称为 通用变换器。3×3矩阵变换器是从三相交流变换到三 相交流的一种拓扑，是最常见的拓扑结构。
Vb
Vc
即 同时电流输入输出关系
目标
T即是调制策略 How to solve the T?
三、高频合成
1、理论上,开关周期T无穷小 2、工程上,开关周期T远小于工频周期
等价的前提
d Sij dt
T
开关函数
问题转化为求解
占空比
四、调制策略
矩阵变换器调制发展三步曲
✓ 1.Alesina-Venturini 1981（基本AV法） ✓ 2.Alesina-Venturini 1989(改进的AV) ✓ 3.L.Huber 1989(空间矢量法)