三相交一交矩陣式變換器及其在電氣傳動中的應用

鄧欽瑞

摘要

在現代社會中，交流傳動的電力系統逐漸顯示出其技術性，并且在各個領域中得到了較為廣泛的應用，三相交一交矩陣式變換器作為一種新型的裝置在電氣傳動中發揮了重要作用。本文從三相交一交矩陣式變換器運行的原理出發，分析了三相交一交矩陣式變換器在電氣傳動中的應用方式，供從事三相交一交矩陣式變換器研究的工作人員參考。

【關鍵詞】交矩陣式變換器 電氣傳動 應用方式

現在應用的變頻器存在功率偏低和諧波量大等問題，因此研制能夠四象限運行的變頻器成為電氣傳動行業的發展方向，交矩陣式變換器能夠實現變頻器的四象限運行，盡管存在一些問題影響電氣傳動，但這并不影響技術人員對該變頻器的研究與應用，本文分析的是其中的一種變頻器，即三相交一交矩陣式變換器。

1 三相交——交矩陣式變換器運行的原理

現制定三相交一交矩陣式變換器的運行路線如圖1。

線路中的Ua、Ub、Uc分別為三相交一交矩陣式變換器的三相電壓，La、Lb、Lc。分別為輸入線路中濾波電感，Ca、Cb、Cc分別為頻率較高的波電容。以輸入線路的性質為依據，結合該運行路線可以分析三相交一交矩陣式變換器的運行原理。

三相交一交矩陣式變換器的三相電壓的輸入端，即a、b、c，三者之間不能出現短路的現象，否則整個運行系統的電源都會因為出現短路而無法運行；三相電壓的輸出斷，即A、B、C，三者之間不能出現不可開路的現象，否則三相交一交矩陣式變換器運行會產生高壓。由此可以得出主線路開關的約束條件，并總結出一個開關組合的表格，其中被允許的開關組合有27種。在此需要進行特殊說明的是，本文進行的實驗與研究是基于空間矢量的，其運行的本質是一種等效變換的方式，存在人為虛擬的直流環節，因此多了“從連接到輸出的橡相數在2之內”這一約束條件，因此不包括abc、acb、bac、bca、cab、cba這六種開關組合，是其操作方式被簡化，這也是基于空間矢量的電壓比較小的原因，并且方便被掌握。

2 三相交——交矩陣式變換器在電氣傳動中的應用方式

2.1 在變頻調速系統中的應用

MC屬于三相交一交矩陣式變換器中的一種，主要作用是在電氣傳動系統中對電網的輸出頻率進行調控，對于電氣傳動系統來說，電機屬于感性負載，在電機的發電和電動過程中，都能產生與變頻器之間的能量交換，MC則是電機與變頻器之間交換的過渡環節。MC運行的主線路開關是以高頻的方式完成開通和切斷的，因此電機與變頻器的能量交換也是通過高頻的方式運行的，當輸入到其中的相位差為0時，無功能量的功率是高頻諧波；當MC運行的主線路和三項電源之間存在濾波環節的時候，由濾波器負責和電機之間的能量轉換工作，進而減少電源中出現的高次諧波。綜上所述可以得出三相交一交矩陣式變換器中使用電源的抗阻性比較小的理論依據，在這樣的情況下，MC雖然不具備儲存能量的功能，但實際上也屬于電源變頻器的一種，能夠將恒壓額交流電源轉換為變壓交流電源。

從三相交一交矩陣式變換器的控制對象來說，其運行的特征是高階、變量多、非線性，因此可以將其運行系統看作是具有非線性特征的雙輸入和雙輸出系統。這樣在電機進行調速，輸出的頻率在工頻以下，即輸出頻率較低的時候，定子電壓較小，這時候可以輸出一定的電壓；輸出的頻率在工頻以上，即輸出頻率較高的時候，為了保障輸出時的電壓不超過額定的電壓，要讓磁通和頻率呈現出反比例下降的運行趨勢。將以上的運行情況結合起來，可以得出三相交一交矩陣式變換器的調速性質。另外MC變頻器與其他的變頻器相比，變頻系統的構成多了一個可以被控制的變量，即輸入到其中的相位差，這也可以被認為是對輸入功率因數的控制。

2.2 三相橋式整流電路的應用

三相橋式整流電路是一種較為簡單且實用的整流線路的轉換方式，并且已經被應用到了各個行業的電源中，三相橋式整流電路能夠將電網中的三相電壓裝換為直流電壓，這種電路轉換的方式具有很多優勢，如簡單、安全性聞、穩定性同、可信任程度聞等，但是也存在著一些缺點，如當直流電壓負載較大的時候，該方式的功率因數只有55%左右，不會超過65%；不容易達到行業規定中關于諧波含量以及其他方而的規定。相關的技術人員為了提高三相橋式整流電路的功率因數，抑制諧波含量的增長，已經開始研究源PCF電路，并取得了一定的研究成果和應用成果，但是源PCF電路的控制線路比較復雜，且存在高次諧波污染環境的問題，系統運行的可靠性容易受到威脅，加上其應用的成本較高，應用的范圍和領域還不是十分廣泛。

2.3 空間矢量調制的方式

空間矢量調制的方式主要有兩種，一種是運用空間矢量調制信號之間存在的關系，生成主線路開關的驅動信號，這樣的方式計算量較小，對思路的參考具有一定的意義，但是控制的靈活性較小，且能夠使用的范圍較小.，另一種方式將電壓矢量的運行狀態作為主線路開關的驅動信號，這樣的方式計算量較大，并且操作較為靈活，可以對其中的不同參數進行設置，也更加適合電力傳動中的仿真應用。

3 總結

綜上所述，三相交一交矩陣式變換器的研究工作具有極大的科研意義，其研究的理論在電氣傳動中能夠發揮重要的作用，因此有關的技術人員和科研工作者要加強對三相交一交矩陣式變換器技術的研究，為電力傳動行業的發展提供技術支持，加大電力傳動工程的科技含量。

參考文獻

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