矩陣式單相電源調(diào)壓技術(shù)

作者：時間：2011-02-20 來源：網(wǎng)絡(luò)

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摘要：提出了一種矩陣式單相電源調(diào)壓技術(shù)，并分析了其工作原理，給出了一種安全的換流策略。仿真結(jié)果表明這種變換器輸出電壓在寬范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，而且具有高正弦度的輸入電流波形。

本文引用地址：http://2s4d.com/article/179727.htm

關(guān)鍵詞：單相電源；矩陣式電源變換；安全換流策略

Matrix Single-phase Power Supply Conversion Technique

CAO Yi-long, GONG You-min, YANG Xi-jun, CHEN Bo-shi

Abstract:A matrix single-phase power supply conversion technique is analyzed and a safety current commutation strategy is given. The simulation results show that it can output variable voltage continuously over a wide range and its input current wave is sinuous.

Keywords:Single-phase power supply; Matrix SVR; Safety commutation strategy

中圖分類號：TN86 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：0219－2713(2003)04－0156－04

1 引言

單相交流電源的應(yīng)用是非常廣泛的，比如在農(nóng)村、輕工業(yè)、家用電器等小功率傳動領(lǐng)域以及電力機車供電系統(tǒng)。對于單相交流電源，調(diào)壓和穩(wěn)壓是最為普遍的要求。目前能夠?qū)崿F(xiàn)這一要求的調(diào)壓器有下面三種。

1）磁飽和式調(diào)壓器該調(diào)壓器通過控制主電路中電感的飽和程度，以改變電抗值以及其上的電壓，實現(xiàn)對輸出電壓的調(diào)節(jié)。這種調(diào)壓器具有一定的動態(tài)性能，但輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍小，體積和重量較大。

2）機械式調(diào)壓器機械式調(diào)壓器由電動機帶動碳刷實現(xiàn)輸出電壓的調(diào)節(jié)。這種調(diào)壓器輸出波形較好，但體積、重量大，動態(tài)性能差。

3）電子式調(diào)壓器這種調(diào)壓器采用電力電子器件實現(xiàn)。目前有晶閘管調(diào)壓器和逆變式調(diào)壓器兩種。晶閘管調(diào)壓器采用的是相控方式，因此其輸出波形差；逆變式調(diào)壓器采用的是斬波控制方式，其輸出波形和動態(tài)響應(yīng)較好。

從上面可知，逆變式電子調(diào)壓器具有最好的性能。逆變式電子調(diào)壓器的結(jié)構(gòu)不僅具有調(diào)壓、穩(wěn)壓的能力，而且還可以實現(xiàn)頻率的變換。它是通過AC/DC/AC變換實現(xiàn)的。具有中間直流環(huán)節(jié)——儲能電容和變換效率低是它的不足。隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展，單相電源變換技術(shù)也有了很大的進步，先后出現(xiàn)了多種利用全控器件的交步恢苯穎浠環(huán)槳?。廊鏗an-Wood Park等提出了一種新穎的高性能單相交流調(diào)壓器^[1]；Douglas Giardini等提出了一種用于機場的航空照明矩陣式單相降壓變換器^[2]；Zuckerberger等提出了一種具有輸出電壓調(diào)幅調(diào)頻能力的單相-單相矩陣式變換技術(shù)^[3]。本文基于矩陣式變換理論，提出一種矩陣式單相電源變換電路，該電路只使用兩個雙向開關(guān)管，可以實現(xiàn)輸出電壓連續(xù)可調(diào)及獲得高正弦度的輸入電流波形。

2 矩陣式單相電源調(diào)壓原理

單相-單相矩陣式電力變換的典型拓撲如圖1所示。通過一組開關(guān)函數(shù)可以將輸入的工頻交流電壓轉(zhuǎn)換成幅值與頻率可調(diào)的單相交流電壓，其中S₁₁～S₂₂為4只雙向可控開關(guān)。

圖1 單相-單相矩陣式電力變換器拓撲

將單相電源視為兩相電源，單相-單相矩陣式變換器期望輸出兩相余弦電壓v_o1(t)和v_o2(t)，包含輸出0 Hz，其中四象限開關(guān) （ 4QS）S₁₁與S₁₂負責(zé) 產(chǎn) 生v_o1(t)，S₂₁與S₂₂負責(zé) 產(chǎn) 生v_o2(t)。輸出目標(biāo) 函數(shù) 為兩相正弦函數(shù) ，這種方法可以稱為 SPWM法。