三相交一交矩阵式变换器及其在电气传动中的应用

邓钦瑞

摘要

在现代社会中，交流传动的电力系统逐渐显示出其技术性，并且在各个领域中得到了较为广泛的应用，三相交一交矩阵式变换器作为一种新型的装置在电气传动中发挥了重要作用。本文从三相交一交矩阵式变换器运行的原理出发，分析了三相交一交矩阵式变换器在电气传动中的应用方式，供从事三相交一交矩阵式变换器研究的工作人员参考。

【关键词】交矩阵式变换器 电气传动 应用方式

现在应用的变频器存在功率偏低和谐波量大等问题，因此研制能够四象限运行的变频器成为电气传动行业的发展方向，交矩阵式变换器能够实现变频器的四象限运行，尽管存在一些问题影响电气传动，但这并不影响技术人员对该变频器的研究与应用，本文分析的是其中的一种变频器，即三相交一交矩阵式变换器。

1 三相交——交矩阵式变换器运行的原理

现制定三相交一交矩阵式变换器的运行路线如图1。

线路中的Ua、Ub、Uc分别为三相交一交矩阵式变换器的三相电压，La、Lb、Lc。分别为输入线路中滤波电感，Ca、Cb、Cc分别为频率较高的波电容。以输入线路的性质为依据，结合该运行路线可以分析三相交一交矩阵式变换器的运行原理。

三相交一交矩阵式变换器的三相电压的输入端，即a、b、c，三者之间不能出现短路的现象，否则整个运行系统的电源都会因为出现短路而无法运行；三相电压的输出断，即A、B、C，三者之间不能出现不可开路的现象，否则三相交一交矩阵式变换器运行会产生高压。由此可以得出主线路开关的约束条件，并总结出一个开关组合的表格，其中被允许的开关组合有27种。在此需要进行特殊说明的是，本文进行的实验与研究是基于空间矢量的，其运行的本质是一种等效变换的方式，存在人为虚拟的直流环节，因此多了“从连接到输出的橡相数在2之内”这一约束条件，因此不包括abc、acb、bac、bca、cab、cba这六种开关组合，是其操作方式被简化，这也是基于空间矢量的电压比较小的原因，并且方便被掌握。

2 三相交——交矩阵式变换器在电气传动中的应用方式

2.1 在变频调速系统中的应用

MC属于三相交一交矩阵式变换器中的一种，主要作用是在电气传动系统中对电网的输出频率进行调控，对于电气传动系统来说，电机属于感性负载，在电机的发电和电动过程中，都能产生与变频器之间的能量交换，MC则是电机与变频器之间交换的过渡环节。MC运行的主线路开关是以高频的方式完成开通和切断的，因此电机与变频器的能量交换也是通过高频的方式运行的，当输入到其中的相位差为0时，无功能量的功率是高频谐波；当MC运行的主线路和三项电源之间存在滤波环节的时候，由滤波器负责和电机之间的能量转换工作，进而减少电源中出现的高次谐波。综上所述可以得出三相交一交矩阵式变换器中使用电源的抗阻性比较小的理论依据，在这样的情况下，MC虽然不具备储存能量的功能，但实际上也属于电源变频器的一种，能够将恒压额交流电源转换为变压交流电源。

从三相交一交矩阵式变换器的控制对象来说，其运行的特征是高阶、变量多、非线性，因此可以将其运行系统看作是具有非線性特征的双输入和双输出系统。这样在电机进行调速，输出的频率在工频以下，即输出频率较低的时候，定子电压较小，这时候可以输出一定的电压；输出的频率在工频以上，即输出频率较高的时候，为了保障输出时的电压不超过额定的电压，要让磁通和频率呈现出反比例下降的运行趋势。将以上的运行情况结合起来，可以得出三相交一交矩阵式变换器的调速性质。另外MC变频器与其他的变频器相比，变频系统的构成多了一个可以被控制的变量，即输入到其中的相位差，这也可以被认为是对输入功率因数的控制。

2.2 三相桥式整流电路的应用

三相桥式整流电路是一种较为简单且实用的整流线路的转换方式，并且已经被应用到了各个行业的电源中，三相桥式整流电路能够将电网中的三相电压装换为直流电压，这种电路转换的方式具有很多优势，如简单、安全性闻、稳定性同、可信任程度闻等，但是也存在着一些缺点，如当直流电压负载较大的时候，该方式的功率因数只有55%左右，不会超过65%；不容易达到行业规定中关于谐波含量以及其他方而的规定。相关的技术人员为了提高三相桥式整流电路的功率因数，抑制谐波含量的增长，已经开始研究源PCF电路，并取得了一定的研究成果和应用成果，但是源PCF电路的控制线路比较复杂，且存在高次谐波污染环境的问题，系统运行的可靠性容易受到威胁，加上其应用的成本较高，应用的范围和领域还不是十分广泛。

2.3 空间矢量调制的方式

空间矢量调制的方式主要有两种，一种是运用空间矢量调制信号之间存在的关系，生成主线路开关的驱动信号，这样的方式计算量较小，对思路的参考具有一定的意义，但是控制的灵活性较小，且能够使用的范围较小.，另一种方式将电压矢量的运行状态作为主线路开关的驱动信号，这样的方式计算量较大，并且操作较为灵活，可以对其中的不同参数进行设置，也更加适合电力传动中的仿真应用。

3 总结

综上所述，三相交一交矩阵式变换器的研究工作具有极大的科研意义，其研究的理论在电气传动中能够发挥重要的作用，因此有关的技术人员和科研工作者要加强对三相交一交矩阵式变换器技术的研究，为电力传动行业的发展提供技术支持，加大电力传动工程的科技含量。

参考文献

[1]朱贤龙.三相交一交矩阵式变换器及其在电气传动中应用的研究[D].上海大学，2014.

[2]龚幼民.矩阵式交交电功率变换器及其在电力传动中的应用[A].中国科学技术协会、浙江省人民政府.面向21世纪的科技进步与社会经济发展（下册）[C].中国科学技术协会、浙江省人民政府，2015：2.