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(yè)就決定了矩陣式變換器在工作過(guò)程中必須遵循兩個(gè)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(guò)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(chǎn)生的過(guò)電壓。由此可見(jiàn)在換流的過(guò)程中必須選擇可靠的換流策略，為了解決這一問(wèn)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(kāi)通與關(guān)斷，將控制電壓設定為：開(kāi)通電壓+15 V(記為1)，關(guān)斷電壓-5 V(記為O)。為了便于說(shuō)明規定電流如圖1所示時(shí)記為I(+)，反之I(-)。四步換流開(kāi)關(guān)轉換過(guò)程如圖2所示，現以由S1到S2狀態(tài)進(jìn)行換流的四個(gè)過(guò)程進(jìn)行說(shuō)明，假設此時(shí)檢測輸出電流方向為I(+)。第一步，在開(kāi)通S2-之前必須將S1-關(guān)斷，否則U1和U2將通過(guò)S2+和S1-形成回路；第二步．開(kāi)通S2-，如果
U2>U1，此時(shí)負載電流將立刻從S1-轉移到S2-，否則負載電流將繼續通過(guò)S1+；第三步，在開(kāi)通S2-前先關(guān)斷S1+，此時(shí)負載電流已轉移到S2+；第四步，開(kāi)通S2-。

當電流反向時(shí)采用相同的方法，只是開(kāi)通順序的不同。由此可見(jiàn)采用四步換流法，既禁止了可能是電源發(fā)生短路的組合，又保證了在任意時(shí)刻至少有一條通路，從而提高了環(huán)流的安全性。值得注意的是在換流的過(guò)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(kāi)關(guān)的通斷來(lái)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(gè)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(kāi)銷(xiāo)大。以輸入電壓與輸出電壓的差值為選擇依據，其算法簡(jiǎn)單、在高頻段資源占有率低，但是在低頻段電壓輸出波動(dòng)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(gè)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(kāi)關(guān)函數Smax和Smin。在一個(gè)采樣周期內，兩個(gè)開(kāi)關(guān)的導通時(shí)間T1，T2分別為：

式中：U0為輸出電壓參考值；Ts為采樣周期時(shí)間長(cháng)度。