矩阵式变换器的基本概况和四步换流方法

    矩阵式变换器和双向开关的概念最早由L．Gyugi和B．Pefy于1976年提出。与传统的交一直一交变频器和交一交变频器相比，矩阵式变换器有以下几方面的显著特点。

(1)输出电压幅值和频率可独立控制，理论上频率可以达到任意值。

(2)输入功率因数能够灵活调节，最大值可达到0.99以上。

(3)采用双向开关，可以实现能量的双向流动。

(4)没有中间储能环节，结构紧凑，效率高。

(5)输入电流波形好，无低次谐波。

    与普通的PWM变换器不同，当矩阵式变换器的一相输入电流从一个双向开关换流至另一个双向开关时，由于实际中每个开关包括两个可控器件，因而很难保证两个开关器件的同步，很有可能出现死区时间和重叠时间，从而造成短路故障和断路故障。于是学者们先后提出了不同的换流方案，常用的方案包括：死区换流方案重叠换流方案、软开关换流方案以及多步换流方案。其中多步换流方案又包括以下

几种。

1．四步法

通过检测负载电流的方向，恰当地安排两个双向开关中四个单向开关的导通关断顺序，经历四步可以使负载电流从一个双向开关转换到另一个双向开关。由于一次换流中总有两步是自然换流，因此也称之为半软换流(Semi-Soft Commutation)。

2．三步法

按一定原则选择两个开关构成一个换流开关对，这一开关对不受控制规律的影响而总是导通的。利用换流开关对提供的电流回路，在两个双向开关换流的中间时段插入一个死区时段，使得换流只需三步就可以完成。

3．两步法

引入输入电压相区的概念，在每个相区的输入电压中总有一个最大值和最小值的极性不变，采用适当开关策略，就可以实现直接从一个开关到另一个开关的安全换流。

多步换流策略虽然可行，但由于需要电压、电流信号参与开关动作，必须有准确的检测环节，以保证获取的信息准确无误，在绝大部分时间内，矩阵式变换器都能正常工作，但存在输出电流过零点检测不准确引起的换流失败问题，其实际推广应用受到限制。

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