LC串联谐振型三相高频链矩阵式逆变器拓扑及调制方法技术

一种LC串联谐振型三相高频链矩阵式逆变器拓扑及调制方法，所述LC串联谐振三相高频链矩阵式逆变器拓扑由全桥LC串联谐振逆变器、高频变压器T、矩阵变换器、CL型滤波器依次连接构成；调制方法是SVPWM与电流型解结耦相结合的半周期激励谐振调制，给予变压器前级LC串联谐振逆变器是互补的PWM信号，将PWM信号与SVPWM信号进行电流型解结耦的逻辑处理得到变压器后级矩阵变换器的驱动信号，以此实现向输出负载侧传递能量的控制；该调制将变压器后级的矩阵变换器解耦成两个普通的电流型逆变器进行控制，开关管在变压器零电流输出期间进行切换，减小了开关管的损耗，实现能量双向流动和四象限运行。本发明专利技术具有功率变换等级少、控制方法简单、电路稳定性性高等优点。

【技术实现步骤摘要】
LC串联谐振型三相高频链矩阵式逆变器拓扑及调制方法
本专利技术涉及电力电子功率变换器拓扑及调制领域，尤其是一种LC串联谐振型三相高频链矩阵式逆变器的SVPWM与电流型解结耦相结合的半周期激励谐振调制方法。
技术介绍
逆变器是一种把直流电能转换成交流电能的拓扑装置。高频链逆变器采用高频变压器替代工频变压器克服了传统变压器体积大、噪声大、成本高等缺点。高频链矩阵式逆变器的变换过程有DC/HFAC/LFAC三种功率特征，其中，HFAC：高频交流，LFAC：低频交流。可知此类逆变器中出现了DC/AC即直流/交流逆变环节，该环节位于变压器原边，又出现了AC/AC即交流/交流变换环节，该环节也常称为周波变换器或矩阵变换器环节，位于变压器副边。矩阵变换器与传统变换器相比，没有中间储能环节，采用双向开关，可以实现能量的双向流动，结构紧凑、体积小、效率高，且输出电压幅值和频率可以独立控制。由于高频变压器漏感的存在，高频链矩阵式逆变器换流时，在变压器副边矩阵变换器的功率管上产生较大的电压过冲，因此变压器副边矩阵/周波变换器的安全换流一直是制约高频链逆变器实现大范围推广的技术难点。目前主要有以下几种安全换流策略：①通过加入有源箝位来抑制电压过冲，可以实现软开关，但引入的箝位电路增加了成本，增加的可控功率管也使控制更为复杂；②单极性和双极性移相控制策略借助周波变换器的换流重叠实现了电感电流的自然换流，并且实现了功率管的ZVS，但存在换流重叠时间不易控制等问题；③在前级逆变器引入串联谐振电路来实现功率管的软换流，此时要求功率管切换发生在零电流时刻，且控制输出能量需要判断谐振电路谐振工作状态，使得控制方式复杂。然而，上述策略虽然能够实现安全换流，但造成逆变器的调制和控制更为复杂，导致系统可靠性降低以致影响了该类变换器的推广使用。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种功率变换等级少、调制简单的LC串联谐振三相高频链矩阵式逆变器的SVPWM与电流型解结耦相结合的串联谐振调制方法。为实现上述目的，采用了以下技术方案：本专利技术所述逆变器拓扑由全桥LC串联谐振逆变器、高频变压器T、矩阵变换器、CL型滤波器依次连接构成；全桥LC串联谐振逆变器由直流输入电压Ui、可控开关管S1、可控开关管S2、可控开关管S3、可控开关管S4、电感Lr、电容Cr组成；矩阵变换器由可控开关管S1a、可控开关管S4b、可控开关管S4a、可控开关管S1b、可控开关管S3a、可控开关管S6b、可控开关管S6a、可控开关管S3b、可控开关管S5a、可控开关管S2b、可控开关管S2a、可控开关管S5b组成；CL型滤波器由第一电感Lf1、第二电感Lf2、第三电感Lf3、第一电容Cf1、第二电容Cf2、第三电容Cf3、负载R1、负载R2、负载R3组成；直流输入电压Ui的正极分别与可控开关管S1的集电极、可控开关管S3的集电极相连，直流输入电压Ui的负极分别与可控开关管S2的发射极、可控开关管S4的发射极相连；可控开关管S1的发射极分别与电感Lr的一端、可控开关管S2的集电极相连；可控开关管S3的发射极分别与高频变压器T原边一端、可控开关管S4的集电极相连，电感Lr的另一端与电容Cr的一端连接，电容Cr的另一端与高频变压器T原边的另一端相连；高频变压器T副边的一端分别与可控开关管S1a的集电极、可控开关管S3a的集电极、可控开关管S5a的集电极相连，变压器T副边的另一端分别与可控开关管S1b的集电极、可控开关管S3b的集电极、可控开关管S5b的集电极相连；可控开关管S1a的发射极与可控开关管S4b的发射极相连，可控开关管S3a的发射极与可控开关管S6b的发射极相连，可控开关管S5a的发射极与可控开关管S2b的发射极相连；可控开关管S1b的发射极与可控开关管S4a的发射极相连，可控开关管S3b的发射极与可控开关管S6a的发射极相连，可控开关管S5b的发射极与可控开关管S2a的发射极相连；可控开关管S4a的集电极与可控开关管S4b的集电极相连后分别与第一电容Cf1一端、第一电感Lf1一端相连，第一电感Lf1另一端与负载R1一端相连，负载R1另一端分别与负载R2、负载R3相连；第一电容Cf1另一端分别与第二电容Cf2、第三电容Cf3相连；可控开关管S6a的集电极与可控开关管S6b的集电极相连后分别与第二电容Cf2、第二电感Lf2一端相连，第二电感Lf2另一端与负载R2一端相连，负载R2另一端分别与负载R1、负载R3相连；第二电容Cf2另一端分别与第一电容Cf1、第三电容Cf3相连；可控开关管S2a的集电极与可控开关管S2b的集电极相连后分别与第三电容Cf3、第三电感Lf3一端相连，第三电感Lf3另一端与负载R3一端相连，负载R3另一端分别与负载R1、负载R2相连；第三电容Cf3另一端分别与第一电容Cf1、第二电容Cf2相连。本专利技术所述LC串联谐振三相高频链矩阵式逆变器拓扑的激励调制方法，全桥LC串联谐振逆变器采用一定占空比的PWM控制，所述可控开关管S1、可控开关管S4组成的桥臂和可控开关管S2、可控开关管S3组成的桥臂交替导通，使电路处于半激励谐振状态，即在未达到谐振半周期时关断可控开关管S1、可控开关管S2、可控开关管S3、可控开关管S4，结束电路激励谐振工作状态；变压器输出面积一定且谐振电流周期性回归为零；变压器后级的矩阵变换器等效为两组普通的电流型逆变器进行解结耦控制，依据电流型解结耦逻辑调制电路对可控开关管S1a～可控开关管S6a、可控开关管S1b～可控开关管S6b进行控制，将变压器T输出的高频谐振电流转换低频脉动电流。进一步的，全桥LC串联谐振逆变器在谐振半周期内可控开关管S导通占空比一定，可控开关管S关断后其激励谐振工作状态结束，谐振电流迅速回归为零，此时变压器后级矩阵变化器进行正负组开关管的切换。进一步的，变压器T后级的矩阵变换器采用电流型解结耦控制，将矩阵变换器开关管分解成正负两组，即可控开关管S1a～S6a和可控开关管S1b～S6b，正组开关管工作时负组开关管全部关断，而负组开关管工作时正组全部关断，后级矩阵变换器可以等效成两组普通电流型逆变器。进一步的，在矢量计算过程中，矢量作用时间与三相输入电流的瞬时值成正比，通过给定的三相指令输入电流的瞬时值就可以直接确定相应的矢量作用时间。工作过程大致如下：变压器前级高频逆变器引入LC串联谐振槽，采用一定占空比的PWM控制方法，使谐振槽工作于半激励谐振状态。变压器后级的矩阵变换器采用新型SVPWM与电流型解结耦相结合的调制方法，将变压器输出的高频交流电流转换成工频电流。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：LC谐振槽的应用使变压器原边的功率管零电流开通，而且变压器原副边的电压无尖峰，变压器副边开关管的开通是在变压器原边电流为零期间，这样减少了因打断副边漏感电流而引起电压过冲的时刻，使得开关的损耗降低，提高了电路可靠性和效率。附图说明图1为本专利技术逆变器电路拓扑图。图2为本专利技术方法的系统原理框图。图3为新型SVPWM与电流型解结耦相结合的半激励谐振调制方法工作原理波形图。图4为谐振槽电路的谐振状态等效工作示意图。图5为变压器副边矩阵变换器在电流型解结耦原理图。图6为三相高频逆变器的新型SVPWM与电流型解结耦相结合的半激励谐本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种LC串联谐振型三相高频链矩阵式逆变器拓扑，其特征在于：所述逆变器拓扑由全桥LC串联谐振逆变器、高频变压器T、矩阵变换器、CL型滤波器依次连接构成；全桥LC串联谐振逆变器由直流输入电压U

【技术特征摘要】
1.一种LC串联谐振型三相高频链矩阵式逆变器拓扑，其特征在于：所述逆变器拓扑由全桥LC串联谐振逆变器、高频变压器T、矩阵变换器、CL型滤波器依次连接构成；全桥LC串联谐振逆变器由直流输入电压Ui、可控开关管S1、可控开关管S2、可控开关管S3、可控开关管S4、电感Lr、电容Cr组成；矩阵变换器由可控开关管S1a、可控开关管S4b、可控开关管S4a、可控开关管S1b、可控开关管S3a、可控开关管S6b、可控开关管S6a、可控开关管S3b、可控开关管S5a、可控开关管S2b、可控开关管S2a、可控开关管S5b组成；CL型滤波器由第一电感Lf1、第二电感Lf2、第三电感Lf3、第一电容Cf1、第二电容Cf2、第三电容Cf3、负载R1、负载R2、负载R3组成；直流输入电压Ui的正极分别与可控开关管S1的集电极、可控开关管S3的集电极相连，直流输入电压Ui的负极分别与可控开关管S2的发射极、可控开关管S4的发射极相连；可控开关管S1的发射极分别与电感Lr的一端、可控开关管S2的集电极相连；可控开关管S3的发射极分别与高频变压器T原边一端、可控开关管S4的集电极相连，电感Lr的另一端与电容Cr的一端连接，电容Cr的另一端与高频变压器T原边的另一端相连；高频变压器T副边的一端分别与可控开关管S1a的集电极、可控开关管S3a的集电极、可控开关管S5a的集电极相连，变压器T副边的另一端分别与可控开关管S1b的集电极、可控开关管S3b的集电极、可控开关管S5b的集电极相连；可控开关管S1a的发射极与可控开关管S4b的发射极相连，可控开关管S3a的发射极与可控开关管S6b的发射极相连，可控开关管S5a的发射极与可控开关管S2b的发射极相连；可控开关管S1b的发射极与可控开关管S4a的发射极相连，可控开关管S3b的发射极与可控开关管S6a的发射极相连，可控开关管S5b的发射极与可控开关管S2a的发射极相连；可控开关管S4a的集电极与可控开关管S4b的集电极相连后分别与第一电容Cf1一端、第一电感Lf1一端相连，第一电感Lf1另一端与负载R1一端相连，负载R1另一端分别与负载R2、负载R3相连；第一电容Cf1另一端分别与第二电容Cf2、第三电容Cf3...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫朝阳，庞建霞，刘爽，赵丁选，孙喆，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：河北,13