提高矩陣變換器電壓傳輸比的方法研究

摘要：矩陣變換器的電壓傳輸比不大于0.866，一直是制約其工程應用的最重要原因之一，因此提高電壓傳輸比的方法研究具有重要的現實意義。兩種提高矩陣變換器電壓傳輸比的有效方法是：諧波注入法和一種新型的拓撲結構。這兩種方法的可行性和有效性是通過闡述它們的基本原理，對比分析它們的特點并通過仿真研究驗證的。仿真結果表明：第一種方法能使電壓傳輸比提高到1.0左右，但其輸出電壓中的諧波含量都相應增大；第二種方法的電壓傳輸比可以達到甚至超過1.0，并且其輸出電壓中的諧波含量很小。兩種方法所產生諧波的特點及其抑制對策和適用范圍的比較研究能為工程應用提供一定的參考作用。

關鍵詞：諧波注入；拓撲結構；矩陣變換器；電壓傳輸比

中圖分類號：TM 762文獻標識碼：A

1引言

隨著微電子技術和電力電子技術的迅猛發展，各種電力變換器在國民經濟建設中得到了越來越廣泛的應用，同時也給電力系統帶來了諧波污染和低功率因數等負面影響。盡管可裝設補償裝置來防治電力污染，但代價高、不能治本。而矩陣變換器的出現，給從根本上防治“電力公害”帶來了新的希望。矩陣變換器由于其簡單的拓撲結構和諸多的理想特性，正愈來愈引起從事電力變換研究者的重視，這些特性包括[1-2]：輸入功率因數可任意調節；輸入電流和輸出電壓為正弦波；控制自由度大，輸出頻率不受輸入頻率的限制；沒有中間儲能環節，結構緊湊；能量可雙向流動，因而具有廣闊的研究和應用前景。然而電壓傳輸比低，是制約矩陣變換器實用化的重要因數之一[3-4]。矩陣變換器存在固有輸出、輸入電壓傳輸比低的缺陷，如何提高電壓傳輸比一直是矩陣變換器在通用調速系統中的重要問題和應用障礙，但它與變換器輸入端功率因數和調制系數有關，如何設計合理的控制方案是矩陣變換器走向實用化需要解決的重要問題，應深化這方面研究以提高矩陣變換器的實用價值。

對高性能交流傳動系統來說，一個重要指標就是在一定條件下獲得最大的輸出轉矩，而輸出轉矩與電壓的平方成正比，因此要求必須盡量提高輸出電壓，即提高電壓傳輸比。矩陣變換器的電壓傳輸比能否達到1，采用何種方法實現，至今國內外很少見到相關的研究成果報導。本文提出采用諧波注入法和一種新型的拓撲結構來提高矩陣變換器的電壓傳輸比，并通過Matlab/Simulink仿真證明用上述兩種方法是可行的和有效的。文中最后對兩種方法所具有的不同特點進行了分析比較。