8、三相间接矩阵变换器的硬件开发

三相间接矩阵变换器的硬件开发

矩阵变换器简介

AC/AC 功率变换器在众多应用中是不可或缺的一部分，如不间断电源、电气驱动、风能转换系统以及电能质量改善等领域。其主要功能是在改变频率的同时转换交流功率。理想的 AC/AC 变换器应具备在所需频率下生成所需电压、实现单位功率因数、在电源和负载侧呈现正弦波形，并且在任何负载条件下都能保持单位功率因数，此外，还需拥有紧凑且简单的功率电路。

在工业中，带有直流环节储能元件的 AC/DC/AC 变换器应用广泛。直流环节储能元件的存在使变换器的整流和逆变阶段的控制相互独立，但同时也因储能元件增加了变换器的物理体积，并且降低了其使用寿命。随着功率半导体技术的发展，无需储能元件的直接频率变换器应运而生。这些直接 AC/AC 变换器由一系列开关设备组成，将所有输入相连接到每个输出相。最初使用晶闸管设备开发的直接频率变换器被称为自然换相变换器，随后使用功率晶体管开发的则被称为强制换相循环变换器。AC/AC 变换器在文献中有多种名称，如无限制频率变换器、直接频率变换器、广义变压器、强制换相循环变换器、直接 AC/AC 变换器、Venturini 变换器和矩阵变换器等，其中“矩阵变换器（MC）”是最常用的术语。

矩阵变换器是一种用于直接 AC/AC 转换的“全半导体”设备，它在性能上与 AC/DC/AC 变换器相当。其具有四象限运行、紧凑设计、正弦电源和负载波形以及可调节输入功率因数等特点。

矩阵变换器拓扑结构

根据输入和输出连接的相数，矩阵变换器可分为单相、单 - 两相、三相 - 三相（3 × 3）、三相 - 五相和三相 - 七相等类型。这里主要介绍用于低功率和高功率应用的 3 × 3 相矩阵变换器拓扑结构。