矩阵变换器中的换流过程的仿真+文献综述(2)
交流电力变换器是采用电力电子器件按照一定电路拓扑构成的交一交电力变换装置，是交流变频调速系统中的核心。20世纪80年代以来，随着IGBT、功率MOSFET、IGCT等高性能电力电子器件的出现，交流电力变换器取得了长足的进步。矩阵变换器是一种输入、输出特性好，不需要直流的储能环节，能量能够双向流动，可实现真正的四象限运行的“绿色”变频器，能够在交流变频调速系统中应用，既可以产生节能的重大经济效益，又避免了因谐波污染带来的电力系统环保等问题，同时也非常适合交流励磁发电系统的需求，因此研究意义深远。
为了在传统交流电网条件下实现交流调速的目的,需要把电网提供的恒压恒频交流电源变换为电机所需的变压变频交流电，这一过程需要实现交流/交流的电能变换。传统的周波变流器以及使用二极管或晶闸管作为前端整流器的AC/AC变换装置会给电网产生大量的无功功率及谐波污染，这两大问题己成为电网公害。现代的AC/AC变换装置通常应当具备有源功率因数校正能力。
目前各国学者已提出多种具备有源功率因数校正能力的AC/AC变换方案，按电能的变换方式大体可分为三类：第一类为带中间储能环节的AC/AC变换器；第二类为不带中间储能环节的矩阵变换器;第三类为混合矩阵变换器。这三类方案如图1.1所示。
图1.1 AC/AC变换器的分类
1.2 矩阵变换器的发展动力
矩阵式变换器这一技术，从提出概念，到近几年间逐渐成熟并实现商品化，得益于两个方面的技术进步：
电力电子器件的不断进步，为矩阵式变换器的性能完善提供了物质保证。矩阵式变换器的开关调制过程相对比较复杂。为了实现正弦的输入/输出电流以及可调的输入功率因数，必须采用高频脉宽调制PWM技术。新型的可关断器件，如双极结型晶体管BJT、金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET、绝缘栅双极型晶体管IGBT、集成门极换流晶体管IGCT均可以用于构成矩阵式变换器。特别是近年来出现的逆阻式IGBT，它不仅具有输入阻抗高、开关速度快、通态电压低、阻断电压高、承受电流大等优点，而且具有反向阻断的能力，可承受接近于正向阻断电压的反向阻断电压，非常适合于构成矩阵式变换器的开关元件。RB-IGBT的出现，有力的推动了矩阵式变换器的产品化进程。相信在不久的将来，还会出现更适合用于矩阵式变换器的、具有双向导通和双向阻断能力的电力电子器件。
高性能微电子控制技术的发展，使得矩阵式各种先进的调制策略、换流方式以及保护措施得以实施。随着微电子技术的发展，数字式控制处理芯片的运算能力和可靠性得到了很大的提高，这使得以微处理器为控制核心的全数字化控制系统取代以前的模拟器件控制系统称为可能。微电子控制技术的应用主要体现在两个方面：一是微机控制电路，主要采用数字信号处理器DSP、精简指令集中央处理器RISC CPU、单片机等串行处理芯片或复杂可编程逻辑器件CPLD、现场可编程门阵列FPGA等并行处理芯片。对高性能运动控制系统来说，由于控制过程复杂，要求存储多种数据和快速实时处理大量的信息，可采用数字信号处理器（如TMS320、NEC7720DSP,等）加可编程逻辑器件（如Altera EPM9000 PLD等）的方案，除实现复杂的控制规律外，也便于故障监视、诊断保护、人机对话功能的实现。二是与计算机软件的结合，也用于数字仿真和计算机辅助设计。仿真时，如发现系统性能不理想，则可用人机对话的方式改变控制器的参数、结合以及算法，直至满意为止。这样得到的参数可直接加载到系统上，避免了实际调试的盲目性，并降低了发生事故的可能性。目前已有许多种使用软件包，如Saber、Pspice、PSIM、MATLAB等。