新型三相-單相矩陣變換器的研究與實現

3 仿真及實驗研究
3．1 仿真分析研究
基于以上策略在Matlab／Simulink環境下建立系統仿真模型。仿真參數：輸入為三相對稱電源，其相電壓為380 V／50 Hz，單相輸出電壓為220 V／50 Hz，功率為1 kW，開關頻率為5 kHz。

由圖3a可知，無功率補償的三相-單相矩陣變換器三相輸入電流除基波分量外還有一個含量較大的低頻諧波。由式(3)可知，所含諧波電流應為兩個，頻率為ωi±2ωo，此處是因為輸入輸出電壓均為50 Hz，因此所含諧波只有150 Hz。濾波后的輸入電流含量只有23％，其原因為：①當輸入輸出均為50 Hz時，理論分析應含有的諧波為50 Hz和150 Hz，50 Hz為基波，加大了基波分量；②輸入濾波器為LC濾波，電路回路中有電容電流，此電流也為50 Hz。加入功率補償后輸入電流波形如圖3b所示，正弦度較好，諧波含量較小。
3．2 實驗結果分析
為進一步驗證所提出策略的正確性，研制了一臺1 kW的三相-單相矩陣變換器，變換器由主功率電路、控制電路(DSP+CPLD)及其他外圍電路(驅動電路、保護電路等)組成。實驗參數與仿真參數一致。圖4示出實驗波形，其中uo1為濾波前輸出電壓，uo2以為濾波后輸出電壓。

由圖可知，該變換器可獲得較好的正弦輸出電壓，說明所提出的帶功率補償的三相-單相矩陣變換器可得到較好的交流輸出電壓；輸入電流正弦度較好，與理論分析和仿真基本吻合，說明所提出的新型三相-單相矩陣變換器可較好地改善輸入電流波形，減小諧波污染。

4 結論
提出一種新型三相-單相矩陣變換器，通過增加小容量功率補償單元可較好地改善變換器輸入電流波形，減小其諧波含量。通過介紹三相-單相矩陣變換器的調制策略，分析研究了三相輸入電流與虛擬直流母線電流之間的關系。通過控制功率補償相電流，使其能補償虛擬直流母線上的脈動電流，則可得到較好的三相輸入電流。仿真和實驗表明，所提出的新型三相-單相矩陣變換器拓撲結構合理，性能優良。