交-交电力变换器拓扑结构综述

徐艳春，杨昊

（三峡大学电气与新能源学院，湖北宜昌443002）

近年来随着电力电子技术、微电子技术和计算机技术的快速发展，变频调速装置获得了日益广泛的应用，其中大多数通用变频器为交-直-交变频器。但由于该装置中使用了桥式整流器件，所以输入电流波形失真度较大，且功率因数极低。因此，对具有良好输入电流品质因数的电力电子设备的研究已成为现今的趋势，而矩阵式变换器的出现可以从根本上解决这些问题。

矩阵式变换器是众多交-交电力变换拓扑中的一种形式，与交-直-交型变换器相比，虽然具有省去中间直流环节、可四象限运行等优点，但也存在开关器件数目多、换流过程复杂等缺点。其概念和电路拓扑结构最早由L.Gyugyi和B.R.Pelly于1976年提出[1]，但由于当时缺少高频可关断的功率开关管和具有快速数字信号处理能力的芯片，因此只能停留在理论阶段，直到意大利学者M.Venturini和A.Alesina于1980年对该理论进行了证明，并且提出了一种新的电压调制策略，即后来的直接型矩阵式变换器[2]。在直接型矩阵式变换器的基础上，国外学者开始考虑可否把交交变换分解成两部分，于是，间接型矩阵式变换器[3]应运而生。与此同时，国内外学者又提出了一系列新的拓扑结构，大大减少了开关器件，降低了成本。但是它们却存在诸如开关器件损耗较大，有的拓扑结构能量只能单向流动的缺点[4]，因此其应用范围受到了一定的限制。例如15开关拓扑结构可以用来驱动电机的四象限运行，而12开关和9开关拓扑结构却只能用于能量的单向传输。……