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矩阵式变频电路的基本工作原理

 利用单相输入

对单相交流电压us进行斩波控制,即进行PWM控制时,输出电压uo

  (4-24)

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

不同的开关周期中采用不同的s,可得到与us频率和波形都不同的uo

单相交流us波形为正弦波,可利用的输入电压部分只有单相电压阴影部分,因此uo将受到很大局限,无法得到所需输出波形

²   利用三相相电压

把输入改为三相,就可利用三相相电压包络线中所有的阴影部分

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

²   利用三相线电压

用图4-28a中第一行和第二行的6个开关共同作用来构造输出线电压uuv

可利用6个线电压包络线中所有的阴影部分

uuv必须为正弦波时,最大幅值就可达到输入线电压幅值的0.866

正弦波输出条件下矩阵式变频电路理论上最大的输出输入电压比

 

4-28  矩阵式变频电路的主电路拓扑及其开关单元

a) 矩阵式变频电路的主电路拓扑 b) 一种常用的开关单元

 

Ø 以相电压输出方式为例分析矩阵式交交变频电路的控制

利用对开关S11S12S13的控制构造输出电压uu

²  为防止输入电源短路,任何时刻只能有一个开关接通

 

²  负载一般是阻感,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

 

 

4-29  构造输出电压时可利用的输入电压部分

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相输出电压uu和各相输入电压的关系为

(4-25)

式中s11s12s13——一个开关周期内开关S11S12S13的导通占空比

(4-26)

对于三相有

  (4-27)

uo=s ui  (4-28)

式中  uo   ui    

s 称为调制矩阵

s 矩阵中各元素确定后,输入电流iaibic和输出电流iuiviw的关系也就确定了

(4-29)

ii =sT io (4-30)

式中  ii   io

(4-27)和式(4-29)即是矩阵式变频电路的基本输入输出关系式

对实际系统来说,输入电压和所需要的输出电流是已知的

   (4-31)

(4-32)

式中 UimIom—— 输入电压和输出电流的幅值;

wiwo—— 输入电压和输出电流的角频率;

  jo ——相应于输出频率的负载阻抗角。

变频电路希望的输出电压和输入电流分别为

(4-33)

(4-34)

式中  UomIim——输出电压和输入电流的幅值;ji ——输入电流滞后于电压的相位角

当期望的输入功率因数为1时,ji =0。把式(4-31)~(4-34)代入式(4-27)和式(4-29),可得

; (4-35)

 (4-36)

如能求得满足式(4-35)和式(4-36)s ,就可得到希望的输出电压和输入电流。

 


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