矩阵式变频器原理及其电气应用前景

韩斌 周舒迎

【摘要】矩阵式变频器是一种新型的交-交直接电力变换器，本文首先介绍矩阵式变频器的电路结构，然后简述两种主要的控制方法，最后通过其优点描述矩阵式变频器在电气工程领域的应用前景。

【关键词】矩阵式变频器；交-交直接变频；功率因数可调；能量双向传递

0引言：矩阵变频器（Matrix Converter）作为一种新型的交-交直接电力变换器，在M.Venturini及Huber.L各自提出两种有效的开关控制策略后，其特点已为人们所关注。和传统的交-直-交以及相控式交-交变频器相比，它具有如下优点：

（1）无中间直流环节，能量直接传递，传输效率高；

（2）可获得正弦波的输入电流和输出电压，无低次谐波，高次谐波较少；

（3）输入功率因数可任意调节，且与负载功率因数无关；

（4）能量可双向传递，适合四象限运行的交流传动系统；

（5）控制自由度大，与相控式交-交变频相比，输出频率不受输入电源频率的限制。

1矩阵式变频器拓扑结构：

图1所示为三相-三相矩阵式变频器的电路结构。该电路拓扑中含有9个双向开关（图2）S11～S13，S21～S23，S31～S33；通过对这9个双向开关的逻辑控制，可实现对电源的电压和频率的变换，从而向负载提供幅值和频率可调的电压和电流。即：对一组频率为 的三相输入电压 ，通过一定的规则控制变频器中的功率开关，可以合成所需频率为 的三相输出电压 ， ，式中不同的变换矩阵 的确定方法就是各种矩阵式变频器的控制策略。

2矩阵式变频器的控制原理：

2.1基于开关函数的Venturini法：

对于图1所示的三相-三相矩阵式变频器，将S11～S13，S21～S23，S31～S33这9个双向开关的逻辑控制看作一个3X3的矩阵函数，则输出相电压 与输入相电压 之间的关系可用式1表示。……