一种含Γ源电路的新型超稀疏矩阵变换器拓扑结构制造技术

本发明专利技术公开了一种含Γ源电路的新型超稀疏矩阵变换器拓扑结构，包括：输入滤波电路、整流级电路、Γ源电路和逆变级电路；输入滤波电路用于连接交流电源，输出滤波电压传输至整流级电路；整流级电路接收滤波电压，输出整流电压并传输至Γ源电路；Γ源电路接收整流电压，输出升压电压并传输至逆变级电路；逆变级电路接收升压电压，输出逆变电压；其中，Γ源电路包括一个二极管和一个变压器及电容；所述整流电压通过所述二极管传输至变压器，所述变压器连接电容，且所述变压器输出升压电压并传输至所述逆变级电路。在传统USMC的直流环节增加Γ源升压电路，提高直流环节的输出电压，使得逆变级能够输出更高电压，从而拓宽电压传输比范围。

【技术实现步骤摘要】
一种含Γ源电路的新型超稀疏矩阵变换器拓扑结构
本专利技术涉及电力电子交流变换
，更具体的说是一种含Γ源电路的新型超稀疏矩阵变换器拓扑结构。
技术介绍
为了减少功率开关器件数量，降低换流次数，众多研究者对间接矩阵变换器(IndirectMatrixConverter，IMC)拓扑结构进行改进创新，得到功率开关器件仅为9个的超稀疏矩阵变换器(USMC)。为提高矩阵变换器电压传输比，目前仅有改进调制策略及调整拓扑结构两种途径。2012年第60期的《IEEETrans.onIndustrialElectronics》中《ComparisonofTwoOvermodulationStrategiesinanIndirectMatrixConverter》一文中提出了空间矢量调制的过调制策略，虽能在一定范围内提升USMC电压传输比，但其算法实现较为复杂且输出谐波较大。2018年第33期的《电力科学与技术学报》中《超稀疏矩阵变换器的控制策略及其仿真分析》一文中对USMC建模仿真进行了详细分析，得到了不同输出频率下的输出电压波形，但被其拓扑结构和调制算法限制了电压传输比。2017年第51期的《电力电子技术》中《Trans-准Z源双级矩阵变换器》通过引入传统Z源来提高传统双极矩阵变换器电压传输比，但其调节范围具有一定局限性。因此，如何减少矩阵变换器开关数目同时提高电压传输比是本领域技术人员亟需解决的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提出了一种含Γ源电路的新型超稀疏矩阵变换器拓扑结构，通过在USMC的直流环节增加Γ源电路，提高直流环节的输出电压，使得逆变级能够输出更高电压，从而拓宽电压传输比范围。进一步，结合SVPWM调制策略，推导出新型USMC拓扑结构的电压传输比并对Γ源电路中电容参数进行改进设计。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种含Γ源电路的新型超稀疏矩阵变换器拓扑结构，包括：输入滤波电路、整流级电路、Γ源电路和逆变级电路；所述输入滤波电路用于连接交流电源，输出滤波电压传输至所述整流级电路；所述整流级电路接收所述滤波电压，输出整流电压并传输至所述Γ源电路；所述Γ源电路接收所述整流电压，输出升压电压并传输至所述逆变级电路；所述逆变级电路接收所述升压电压，输出逆变电压；其中，所述Γ源电路包括一个二极管和一个变压器及电容；所述整流电压通过所述二极管传输至变压器，所述变压器连接电容，且所述变压器输出升压电压并传输至所述逆变级电路。进一步地，所述变压器由第一电感和第二电感耦合而成；所述整流电压通过所述二极管分别传输至第一电感和第二电感的同名端；所述第一电感的标记端输出升压电压并传输至所述逆变级电路；所述第二电感的标记端连接所述电容。进一步地，所述变压器匝数比范围在1～2之间。进一步地，所述超稀疏矩阵变换器电压传输比M，具体表示为：其中，B为Γ源电路的变压比，且满足B＝(γΓ-1)/[γΓ(1-DST)-1]其中Uom为输入电压幅值，Udc为直流电压，为输入电流位移因数，DST为Γ源电路开关占空比，γΓ为Γ源电路变压比，由此提高超稀疏矩阵变换器电压传输比。进一步地，所述Γ源电路中的电容参数设计：其中，DST为Γ源电路开关占空比，IL为电感平均电流，γΓ为Γ源电路变压比，fS为开关频率，r为输出电压纹波系数。经由上述的技术方案可知，与现有拓扑结构相比，本专利技术公开提出了一种含Γ源电路的新型超稀疏矩阵变换器拓扑结构，通过USMC的直流环节增加Γ源电路，提高直流环节的输出电压，使得逆变级能够输出更高电压，从而拓宽电压传输比范围。进一步，结合SVPWM调制策略，推导出新型USMC拓扑结构的电压传输比并对Γ源电路中电容参数进行设计。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1附图为本专利技术提供的含Γ源电路的新型超稀疏矩阵变换器拓扑结构；图2a附图为Γ源电路等效拓扑结构；图2b附图为Γ源电路直通模式等效结构；图2c附图为Γ源电路非直通模式等效结构；图3附图为整流级电流矢量调制；图4附图为逆变级电压矢量调制；图5附图为新型USMC开关协调控制；图6附图为整流级输入三相电压；图7a附图为新型USMC整流级输出波形；图7b附图为新型USMC逆变级输入波形；图8a附图为传统USMC输出线电压；图8b附图为新型USMC输出线电压；具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术实施例公开了一种含Γ源电路的新型超稀疏矩阵变换器拓扑结构，下面结合具体技术背景对技术方案做进一步解释说明。参见图1，图1为新型超稀疏矩阵变换器拓扑结构，共分为四部分：输入滤波电路、整流级电路、Γ源电路、逆变级电路。其中，输入滤波电路用于连接交流电源，输出滤波电压传输至整流级电路；输入滤波电路包括三路滤波支路，每一路滤波支路由电感L和电容构成，电感L和电容C串联；并且三组支路并联，电感L和电容C的串联节点分别输出电压ua，ub，uc，输入整流级的电流分别对应ia，ib，ic；整流级电路包括三相桥臂，每一相桥臂接入上述每一路滤波支路；每一相桥臂由一个IGBT和四个二极管组成，将三相交流电压(滤波电压)转化成直流电压，即：整流电压。图1中升压电路为Γ源电路，其由一个二极管和一个变压器及电容组成，为方便用拓扑结构进行表示，在图中将其等效为两个电感耦合而成，因其输出电压随变压器变比升高而呈现降低趋势，故将变压器的匝数比设置为1＜NΓ≤2。Γ源电路升压环节，起到升高直流电压幅值作用，Γ源拓扑用一个变压器代替了传统Z源网络中的两个电感，通过磁耦合作用实现能量传递，从而减少了一个电容，使Γ源网络结构更加紧凑。在Γ源中加入了变压器，为方便分析拓扑结构，故对变压器进行了电路等效，表示为两个电感耦合而成，由第一电感n1和第二电感n2耦合而成；直流电压通过二极管D分别传输至第一电感n1和第二电感n2的同名端；第一电感n1的标记端输出升压电压并传输至逆变级电路；第二电感n2的标记端连接电容C。变压器匝数比范围在1～2之间，且匝数比越小，升压能力越强；逆变级逆变环节，将升压后的直流电压逆变输出，其构造与传统两电平逆变器相同。具体的参照图2a为Γ源电路等效拓扑结构，直通模式等效电路图如图2b所示，此时本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含Γ源电路的新型超稀疏矩阵变换器拓扑结构，其特征在于，包括：输入滤波电路、整流级电路、Γ源电路和逆变级电路；/n所述输入滤波电路用于连接交流电源，输出滤波电压传输至所述整流级电路；所述整流级电路接收所述滤波电压，输出整流电压并传输至所述Γ源电路；/n所述Γ源电路接收所述整流电压，输出升压电压并传输至所述逆变级电路；所述逆变级电路接收所述升压电压，输出逆变电压；/n其中，所述Γ源电路包括一个二极管和一个变压器及电容；/n所述整流电压通过所述二极管传输至变压器，所述变压器连接电容，且所述变压器输出升压电压并传输至所述逆变级电路。/n

【技术特征摘要】
1.一种含Γ源电路的新型超稀疏矩阵变换器拓扑结构，其特征在于，包括：输入滤波电路、整流级电路、Γ源电路和逆变级电路；
所述输入滤波电路用于连接交流电源，输出滤波电压传输至所述整流级电路；所述整流级电路接收所述滤波电压，输出整流电压并传输至所述Γ源电路；
所述Γ源电路接收所述整流电压，输出升压电压并传输至所述逆变级电路；所述逆变级电路接收所述升压电压，输出逆变电压；
其中，所述Γ源电路包括一个二极管和一个变压器及电容；
所述整流电压通过所述二极管传输至变压器，所述变压器连接电容，且所述变压器输出升压电压并传输至所述逆变级电路。


2.根据权利要求1所述的一种含Γ源电路的新型超稀疏矩阵变换器拓扑结构，其特征在于，所述变压器由第一电感和第二电感耦合而成；
所述整流电压通过所述二极管分别传输至第一电感和第二电感的同名端；
所述第一电感的标记端输出升压电压并传输至所述逆变级电路；
所述第二电感的标记端连接所述电容。<...

【专利技术属性】
技术研发人员：李圣清，张恒，
申请(专利权)人：湖南工业大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43