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

1. 矩阵变换器简介

AC/AC 功率变换器在不间断电源、电气驱动、风能转换系统以及电能质量改善等众多应用中是不可或缺的部分。其主要功能是实现交流功率的频率转换。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、使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，同时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。直流环节的储能元件使变换器的整流和逆变阶段的控制相互独立，但同时也会因储能元件增加变换器的物理体积，降低其使用寿命。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。直接 AC/AC 变换器由一系列开关器件组成，将所有输入相连接到每个输出相。最初使用晶闸管器件开发的直接频率变换器被称为自然换相变换器，后来使用功率晶体管开发的则被称为强制换相循环变换器。这类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、文图里尼变换器和矩阵变换器等，其中“矩阵变换器”是最常用的术语。

矩阵变换器（MC）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。其显著特点包括四象限运行、紧凑设计、正弦电源和负载波形以及可调节的输入功率因数。

1.1 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 MC 拓扑。
- 直接矩阵变