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        矩陣式單相電源調壓技術

        作者: 時間:2011-02-20 來源:網絡 收藏

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

        本文引用地址:http://www.104case.com/article/179727.htm

        關鍵詞: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 文獻標識碼:A 文章編號:0219-2713(2003)04-0156-04

         

        1 引言

        單相交流電源的應用是非常廣泛的,比如在農村、輕工業、家用電器等小功率傳動領域以及電力機車供電系統。對于單相交流電源,調壓和穩壓是最為普遍的要求。目前能夠實現這一要求的調壓器有下面三種。

        1)磁飽和式調壓器該調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,實現對輸出電壓的調節。這種調壓器具有一定的動態性能,但輸出電壓的調節范圍小,體積和重量較大。

        2)機械式調壓器機械式調壓器由電動機帶動碳刷實現輸出電壓的調節。這種調壓器輸出波形較好,但體積、重量大,動態性能差。

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

        從上面可知,逆變式電子調壓器具有最好的性能。逆變式電子調壓器的結構不僅具有調壓、穩壓的能力,而且還可以實現頻率的變換。它是通過AC/DC/AC變換實現的。具有中間直流環節——儲能電容和變換效率低是它的不足。隨著現代電力電子技術的發展,單相電源變換技術也有了很大的進步,先后出現了多種利用全控器件的交步恢苯穎浠環槳浮@如Han-Wood Park等提出了一種新穎的高性能單相交流調壓器[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幅調頻能力的單相-單相矩陣式變換技術[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管,可以實現輸出電壓連續可調及獲得高正弦度的輸入電流波形。

        2 矩陣式單相電源調壓原理

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

        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vo1(t)和vo2(t),包含 輸 出0 Hz, 其 中 四 象 限 開 關 ( 4QS)S11與S12負 責 產 生vo1(t),S21與S22負 責 產 生vo2(t)。 輸 出 目 標 函 數 為 兩 相 正 弦 函 數 , 這 種 方 法 可 以 稱 為 SPWM法 。

        令 輸 出 目 標 函 數 為

        (1)

        設電源電壓為vi(t)=Visin(ωit),則期望輸出電壓為

        (2)

        式中:Vo1Vo2分別為vo1(t)與vo2(t)的有效值。

        可得開關函數矩陣

        H=,(3)

        式中:hij代表對應雙向可控開關的瞬時占空比,0≤hij≤1,i、j=1,2,h11h12=1,h21h22=1;

        qo1qo2為電壓變比;

        θ∈[0,2π]。

        注意當輸入電壓過零時,開關函數不再收斂,需要利用L′hospital法則處理。這種控制方法有以下優點:

        1)qo1qo2獨立可調,則輸出電壓范圍擴大;

        2)開關利用率大大增強;

        3)三次諧波注入PWM、開關損耗最小PWM、基于開關函數SVPWM等方法能夠直接采用。

        通過對上述變換器拓撲的分析,對于單相輸出可以簡化電路的結構。將雙向開關4QS-S22短接、4QS-S12開路。


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