[发明专利]单相AC-AC直接频率变换器拓扑结构及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电能变换方法，特别是涉及一种单相AC-AC直接频率变换器拓扑结构及控制方法。

背景技术

在电能的变换和利用中，AC-AC变换器具有重要地位，它能实现电能的直接变换，不需要中间环节，从而提高效率，总体分为变压不变频和直接变压变频两方面。在变压不变频方面，比较成熟的技术有晶闸管调压控制器，PWM控制的AC-AC变换器等。在实现AC-AC直接频率变换方面，比较早的技术是基于晶闸管的周波变换器技术，已经发展非常成熟，缺点是所用的器件数目多，输入输出特性差，交流输入电流谐波严重，变频范围比较狭窄，且为减小脉动，器件数目成倍增加，抵消了成本优势。矩阵式变换器于1980年被提出，经过30年的发展，到最近10年间逐步成熟并实现商品化，其优点是正弦输入输出电流，输出频率不受输入频率的限制，输入功率因数高，能量双向流动，直接实现变频，无中间直流环节及其滤波元件，变换效率高，省去了直流侧大电容，将使体积减小，且容易实现集成化和功率模块化。但矩阵变换器的控制策略复杂，计算工作繁重；为了实现安全换流，通常采用四步换流法，增加了控制难度，降低了系统可靠性，开关数量多，系统成本高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种拓扑简洁、功率变换级数少、可靠性高的一种单AC-AC直接频率变换器拓扑结构及其控制方法。

本发明的目的是这样实现的：

单相AC-AC直接频率变换器拓扑结构，包括电源、滤波电路、主电路和缓冲电路，其特征是：电源U接滤波电路再接主电路，主电路接缓冲电路。

所述的主电路包括第一到第八全控型器件（以IGBT为例说明）V1、V2、V3、V4、V5、V6、V7、V8，第一到第六二极管D1、D2、D3、D5、D6、D7和负载；第一全控型器件V1和第二全控型器件V2划分为组1，第三全控型器件V3和第四全控型器件V4划分为组4，第五全控型器件V5和第六全控型器件V6划分为组3，第七全控型器件V7和第八全控型器件V8划分为组2；第三全控型器件V3的发射极和第八全控型器件V8的发射极相接，第三全控型器件V3的集电极接第六全控型器件V6的发射极和第五全控型器件V5的集电极，第六全控型器件V6的集电极接第二全控型器件V2的集电极，第二全控型器件V2的发射极接第一全控型器件V1的集电极和第七全控型器件V7的集电极，第一全控型器件V1的发射极接第八全控型器件V8的集电极和负载的a端，负载的b端接第四全控型器件V4的集电极和第五全控型器件V5的发射极，第四全控型器件V4的发射极和第七全控型器件V7的发射极相接；第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D5、第五二极管D6、第六二极管D7分别与第一全控型器件V1、第二全控型器件V2、第三全控型器件V3、第五全控型器件V5、第六全控型器件V6、第七全控型器件V7反向并联。

所述的滤波电路采用LC滤波电路，包括电容C和电感L，单相交流电源U的B端接电感L，电感L接第三全控型器件V3和第八全控型器件V8的发射极和电容C，电容C接电源U的A端和第四全控型器件V4和第七全控型器件V7的发射极。

所述的缓冲电路由第一到第二缓冲电容C1、C2，第一到第四缓冲电阻R1、R2、R3、R4，第七到第八二极管D9、D10和第九到第十全控型器件V9、V10组成，其中第九全控型器件V9属于组4，第十全控型器件V10属于组2；负载的a端接第十全控型器件V10的集电极，第八二极管D10反向并联在第十全控型器件V10两端，第四缓冲电阻R4、第二缓冲电容C2串联后与第三缓冲电阻R3并联构成的阻容回路的一端接第十全控型器件V10的发射极，阻容回路的另一端接第二全控型器件V2发射极；负载的b端接第九全控型器件V9的集电极，第七二极管D9反向并联在第九全控型器件V9的两端，第二缓冲电阻R2、第一缓冲电容C1串联后与第一缓冲电阻R1并联构成的阻容回路的一端接第九全控型器件V9的发射极，阻容回路的另一端接第六全控型器件V6的发射极，第九全控型器件V9的发射极和第十全控型器件V10的发射极相接。