ji ——输入电流滞后于电压的相位角
■
第3章第9页
3.1 矩阵式变频电路
合 肥
当期望的输入功率因数为1时，ji =0。把式(4-31)~式(4-34) 代入式(4-27)和式(4-29)，可得
工
业 大 学 能
s
U om coswot
U om
c
osw
ot
2 3
U
om
c
osw
ot
4 3
U im coswit
uu
uv
uw
U om coswot
U
om
cosw
ot
2 3
U
om
cosw
ot
4 3
(4-33)
能
源 研 究 所 研
ia ib ic
I I
im im
Iim coswi
cosw
i
t
cosw
i
t
t ji
2 j 3
4 j 3
i i
(4-34)
制
式中 Uom、Iim——输出电压和输入电流的幅值；
研
(显示放大图）a)Biblioteka b)c)制
■
第3章第5页
3.1 矩阵式变频电路
合 ➢ 以相电压输出方式为例分析矩阵式交交变频电路的控
肥
制
工
利用对开关S11、 S12和S13的控制构造输出电压uu
业
– 为防止输入电源短路，任何时刻只能有一个开关接
大
通
学 能 源
– 负载一般是阻感负载，负载电流具有电流源性质， 为使负载不开路，任一时刻必须有一个开关接通
三相输出电压为uu、 uv和uw
b)
所 研
9个开关器件组成3×3矩阵，因此该电路被称为矩阵式 变频电路(Matrix Converter — MC)或矩阵变换器
制
图中每个开关都是矩阵中的一个元素，采用双向可控 开关，图3-28b给出了应用较多的一种开关单元
■
第3章第1页
3.1 矩阵式变频电路
– 理论上所构造的uu的频率可不受限制 – 但如uu必须为正弦波，则其最大幅值仅为
输入相电压ua幅值的0.5倍
究
利用三相线电压
所 研
– 用图4-28a中第一行和第二行的6个开关共
制
同作用来构造输出线电压uuv
■
第3章第4页
3.1 矩阵式变频电路
合
肥
– 可利用图4-29c中6个线电压包络线中所有的阴影部
所 研
– 由于单相交流us波形为正弦波，可利用的输入电压 部分只有如图4-29a所示的单相电压阴影部分，因此
制
uo将受到很大的局限，无法得到所需输出波形
■
第3章第3页
3.1 矩阵式变频电路
合
肥
利用三相相电压
工 业 大
– 把输入改为三相，就可利用图4-29b所示的 三相相电压包络线中所有的阴影部分
学 能 源 研
om
cosw
ot
2 3
om coswot
4 3
jo
jo
(4-32)
所
式中 Uim、Iom—— 输入电压和输出电流的幅值；
研
wi、wo—— 输入电压和输出电流的角频率；
制
jo ——相应于输出频率的负载阻抗角。
■
第3章第8页
3.1 矩阵式变频电路
合
变频电路希望的输出电压和输入电流分别为
肥
工 业 大 学
合
肥
➢优点
工 业
输出电压为正弦波
大
输出频率不受电网频率的限制
学
输入电流也可控制为正弦波且和电压同相
能 源
功率因数为1，也可控制为需要的功率因数
研
能量可双向流动，适用于交流电动机的四
究
象限运行
所 研 制
不通过中间直流环节而直接实现变频，效 率较高
■
第3章第2页
3.1 矩阵式变频电路
合
肥 ➢ 矩阵式变频电路的基本工作原理
研
– u相输出电压uu和各相输入电压的关系为
究 所 研
uu s11ua s12ub s13uc
(4-25)
式中s11、s12和s13——一个开关周期内开关S11、
制
S12、S13的导通占空比
s11 s12 s13 1
■
(4-26)
第3章第6页
3.1 矩阵式变频电路
对于三相有
合 肥
uu s11 s12 s13 ua
ic和输出电流iu、iv、iw的关系也就确定了
ia、ib、
究 所
ia s11 s 21 s 31iu
ii
ib
s 12
s 22
s
32
iv
σ
Tio
(4-29)(4-30)
研
ic s13 s 23 s 33 iw
制
式中，ii ia ib ic T io iu iv iw T
式(4-27)、(4-29)是矩阵式变频电路的基本输入输出关系式
工
利用单相输入
业
– 对单相交流电压us进行斩波控制，即进行PWM控制
大 学 能 源
时，输出电压uo为
uo
ton Tc
us
s us
(3-24)
– 式中，Tc——开关周期；ton—— 一个开关周期内开
关导通时间；s ——占空比
研 究
– 不波形同都的不开同关的周u期o 中采用不同的s，可得到与us频率和
uv
s
21
s 22
s
23ub
uw s 31 s 32 s 33uc
(4-27)
工 业
可缩写为
uo=s ui
(4-28)
大 学
式中uo uu
uv
uw T,ui ua
ub
s uc T ,
s 11 s 12 s 31
s 21
s 22
s
23
能 源 研
s 31 s 32 s 33
s称为调制矩阵，s矩阵中各元素确定后，输入电流
3.1 矩阵式变频电路
合
肥 直接变频电路
输入 abc
工 所用开关器件是全控型的
业 大
控制方式不是相控方式而 是斩控方式
u
S11
S12
S13
v
输 出
Sij
学 ➢ 拓扑
S21 S22 S23 w
能 源 研 究
图3-28a所示
S31 S32 S33 a)
三相输入电压为ua、 ub和uc
图图3-42-288
第3章第7页
3.1 矩阵式变频电路
对实际系统来说，输入电压和所需要的输出电流是已知
合
的。设为
肥 工 业 大 学
ua ub uc
Uim coswit
U U
im im
coswit
cosw
i
t
2 3 4 3
(4-31)
能 源 研 究
iu
iv
iw
I I
Iom coswot jo
工
分
业
– 当uuv必须为正弦波时，最大幅值就可达到输入线电
大
压幅值的0.866倍
学
– 正弦波输出条件下矩阵式变频电路理论上最大的输
能
出输入电压比
源
研
图4-29 构造输出电压时可利用的输
究
入电压部分
Um
U1m 12 Um
3 2
U1m
所
a) 单相输入 b) 三相输入构造输出相 电压 c) 三相输出构造输出线电压
U im
c
osw
i
t
2 3
U
im
c
osw
i
t
4 3
(4-35)
源 研 究 所 研
s
Iim coswit
I
im
cosw
i
t
2 3
I
im
cosw
i
t
4 3
T
I om coswot j o