矩陣式三相／單相電源研究

1．2 換流策略
由主電路的基本特征和應用在感應加熱行業就決定了矩陣式變換器在工作過程中必須遵循兩個原則：矩陣式變換器的三相輸入中的任意兩相之間不能短路，避免使用電壓源短路造成過流。矩陣式變換器的輸出不能斷路，避免感性負載突然斷路而產生的過電壓。由此可見在換流的過程中必須選擇可靠的換流策略，為了解決這一問題采用傳統的基于電流檢測的四步換流策略較為合適。該方法必須加以電流檢測元件(電流互感器、霍爾傳感器等)，為了保證IGBT的可靠開通與關斷，將控制電壓設定為：開通電壓+15 V(記為1)，關斷電壓-5 V(記為O)。為了便于說明規定電流如圖1所示時記為I(+)，反之I(-)。四步換流開關轉換過程如圖2所示，現以由S1到S2狀態進行換流的四個過程進行說明，假設此時檢測輸出電流方向為I(+)。第一步，在開通S2-之前必須將S1-關斷，否則U1和U2將通過S2+和S1-形成回路；第二步．開通S2-，如果
U2>U1，此時負載電流將立刻從S1-轉移到S2-，否則負載電流將繼續通過S1+；第三步，在開通S2-前先關斷S1+，此時負載電流已轉移到S2+；第四步，開通S2-。

當電流反向時采用相同的方法，只是開通順序的不同。由此可見采用四步換流法，既禁止了可能是電源發生短路的組合，又保證了在任意時刻至少有一條通路，從而提高了環流的安全性。值得注意的是在換流的過程中為了避免換流出錯需要鎖存獲取的電流方向的信息。

2 控制策略
由于系統的結構所決定，空間矢量調制法以及雙電壓控制法均不能直接應用于三相-單相矩陣式變換器中。為了使系統更為可靠合理的運行，現在必須解決分配和控制雙向開關的通斷來達到輸出要求，在該系統中采用輸入擬合法，其以設定輸出電壓為目標，確定適當的選擇原則，并基于該原則在每個采樣周期內選擇相應的輸入電壓，擬合出目標電壓。就目前得到應用的兩種控制策略而言，以輸入三相電壓中的最大相和最小相擬合出設定的輸出電壓，輸出電壓較為平穩但是控制策略在高頻段CPU資源開銷大。以輸入電壓與輸出電壓的差值為選擇依據，其算法簡單、在高頻段資源占有率低，但是在低頻段電壓輸出波動大。
為了使系統得到更好的性能，采用二者相互結合的控制策略，在低頻段采用第一種控制策略，在高頻段采用第二種策略。
假設變換器的輸入為三相理想電源電壓，則：

對于第一種策略在每個采樣周期內，只利用輸入電壓的最大相Umax和最小相Umin合成目標輸出電壓U0。

與此對應定義最大相開關函數Smax和Smin。在一個采樣周期內，兩個開關的導通時間T1，T2分別為：

式中：U0為輸出電壓參考值；Ts為采樣周期時間長度。