一种大电流型磁铁电源的矩阵变换器

1.本实用新型涉及变换器技术领域，特别涉及一种大电流型磁铁电源的矩阵变换器。


背景技术：

2.矩阵变换器(matrix converter，mc)，因输入输出特性优良以及功率因数可调，备受研究学者关注。但因开关数目较多，换流控制较为复杂等缺点使其难以推广。超稀疏矩阵变换器(ultrasparse matrix converter，usmc)因开关数目较少，换流简便而具有极大研究价值。但仍受电压传输比限制，使其应用受限，因此有效提高usmc的电压传输比颇具研究意义，


技术实现要素：

3.本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
4.为达到上述目的，本实用新型一方面提出的一种大电流型磁铁电源的矩阵变换器，包括：
5.输入滤波模块，用于对输入的三相交流电压进行滤波处理；
6.整流模块，用于对滤波后三相交流电压进行整流处理，得到直流脉动电压；
7.升压模块，用于对整流模块输出的直流脉动电压进行升压处理；
8.逆变输出模块，用于对所述升压后的直流脉动电压进行逆变处理，得到交流正弦电压。
9.可选地，所述滤波模块为lc型滤波器。
10.可选地，所述整流模块包括第一桥臂、第二桥臂和第二桥臂，所述第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂并联连接；所述第一桥臂与三相交流电中的其中一相连接，第二桥臂与三相交流电中的其中一相连接，第三格里臂与三相交流电中的其中一相连接；
11.所述第一桥臂包括：第一晶体管、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管；所述第一二极管的正极与所述第二二极管的正极连接，并形成第一电气节点；所述第三二极管的负极与所述第四二极管的负极连接，并形成第二电气节点，所述第二二极管的负极与所述第三二极管的正极连接；所述第一晶体管的发射极与所述第一电气节点连接，所述第一晶体管的集电极与所述第二电气节点连接，所述第一晶体管的发射极连接所述三相交流电中的其中一相；
12.所述第二桥臂包括：第二晶体管、第五二极管、第六二极管、第七二极管、第八二极管；所述第五二极管的正极与所述第六二极管的正极连接，并形成第三电气节点；所述第七二极管的负极与所述第八二极管的负极连接，并形成第四电气节点，所述第六二极管的负极与所述第七二极管的正极连接；所述第二晶体管的发射极与所述第三电气节点连接，所述第二晶体管的集电极与所述第四电气节点连接，所述第二晶体管的发射极连接所述三相交流电中的其中一相；
13.所述第三桥臂包括：第三晶体管、第九二极管、第十二极管、第十一二极管、第十二二极管；所述第九二极管的正极与所述第十二极管的正极连接，并形成第五电气节点；所述第十一二极管的负极与所述第十二二极管的负极连接，并形成第六电气节点，所述第十二极管的负极与所述第十一二极管的正极连接；所述第三晶体管的发射极与所述第五电气节点连接，所述第三晶体管的集电极与所述第六电气节点连接，所述第三晶体管的发射极连接所述三相交流电中的其中一相；
14.所述第一二极管的负极、第五二极管的负极、第九二极管的负极连接，形成所述整流模块的第一输出节点；所述第四二极管的正极、第八二极管的正极、第十二二极管的正极连接形成所述整流模块的第二输出节点。
15.可选地，所述升压模块包括电感、电容、第二晶体管、第十三二极管，所述电感的一端与第一输出节点连接并形成第三输出节点，所述电感的另一端分别与第二晶体管的集电极、第十三二极管的正极连接，第二晶体管的发射极与第二输出节点连接，所述电容的一端与第十三二极管的负极连接，电容的另一端与第二输出节点连接并形成第四输出节点。
16.可选地，所述逆变输出模块包括第一逆变桥、第二逆变桥、第三逆变桥，所述第一逆变桥、第二逆变桥、第三逆变桥并联连接；
17.所述第一逆变桥包括第一三极管、第二三极管、第十四二极管、第十五二极管；所述第十四二极管并联连接于所述第一三极管的发射极与集电极之间，且第十四二极管的正极与第一三极管的发射极连接，第十四二极管的负极与第一三极管的集电极连接；第十五二极管并联连接于所述第二三极管的发射极与集电极之间，且第十五二极管的正极与第二三极管的发射极连接，第十五二极管的负极与第二三极管的集电极连接；
18.所述第二逆变桥包括第三三极管、第四三极管、第十六二极管、第十七二极管；所述第十五二极管并联连接于所述第三三极管的发射极与集电极之间，且第十六二极管的正极与第四三极管的发射极连接，第十六二极管的负极与第三三极管的集电极连接；第十七二极管并联连接于所述第四三极管的发射极与集电极之间，且第十七二极管的正极与第四三极管的发射极连接，第十七二极管的负极与第四三极管的集电极连接；
19.所述第三逆变桥包括第五三极管、第六三极管、第十八二极管、第十九二极管；所述第十八二极管并联连接于所述第五三极管的发射极与集电极之间，且第十八二极管的正极与第五三极管的发射极连接，第十八二极管的负极与第五三极管的集电极连接；第十九二极管并联连接于所述第六三极管的发射极与集电极之间，且第十九二极管的正极与第六三极管的发射极连接，第十九二极管的负极与第六三极管的集电极连接。
20.由于采用以上技述方案，本实用新型具有以下有益技术效果：
21.本实用新型的一种大电流型磁铁电源的矩阵变换器，包括：输入滤波模块，用于对输入的三相交流电压进行滤波处理；整流模块，用于对滤波后三相交流电压进行整流处理，得到直流脉动电压；升压模块，用于对整流模块输出的直流脉动电压进行升压处理；逆变输出模块，用于对所述升压后的直流脉动电压进行逆变处理，得到交流正弦电压。本实用新型通过在传统usmc的直流环节增加boost升压电路，通过提升usmc的中间直流电压，从而拓宽电压传输比范围。
附图说明
22.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本技术的实施例，并与说明书一起用于解释本技术的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术者来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
23.图1为根据本实用新型实施例的一种大电流型磁铁电源的矩阵变换器的方框示意图；
24.图2为根据本实用新型实施例的一种大电流型磁铁电源的矩阵变换器的具体电路图。
具体实施方式
25.以下将参照附图和优选实施例来说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书中所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。
26.需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
27.在下文描述中，探讨了大量细节，以提供对本发明实施例的更透彻的解释，然而，对本领域技术人员来说，可以在没有这些具体细节的情况下实施本发明的实施例是显而易见的，在其他实施例中，以方框图的形式而不是以细节的形式来示出公知的结构和设备，以避免使本发明的实施例难以理解。
28.如图1所示，本技术实施例提供一种大电流型磁铁电源的矩阵变换器，包括：
29.输入滤波模块1，用于对输入的三相交流电压进行滤波处理；
30.整流模块2，用于对滤波后三相交流电压进行整流处理，得到直流脉动电压；
31.升压模块3，用于对整流模块输出的直流脉动电压进行升压处理；
32.逆变输出模块4，用于对所述升压后的直流脉动电压进行逆变处理，得到交流正弦电压。
33.本实用新型通过在传统usmc的直流环节增加boost升压电路，通过提升usmc的中间直流电压，从而拓宽电压传输比范围。
34.在一实施例中，输入滤波模块采用lc型滤波器，对输入整流级波形起到过滤作用，从输入端减少谐波污染，提高输出波形质量；
35.在一实施例中，整流模块包括三相桥臂每相由一个igbt和四个二极管组成，通过双空间有效电流矢量调制策略将输入三相交流电压转化成脉动的直流电压；
36.具体地，如图2所示，所述整流模块包括第一桥臂、第二桥臂和第二桥臂，所述第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂并联连接；所述第一桥臂与三相交流电中的其中一相连接，第二桥臂与三相交流电中的其中一相连接，第三格里臂与三相交流电中的其中一相连接；
37.所述第一桥臂包括：第一晶体管、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管；所述第一二极管的正极与所述第二二极管的正极连接，并形成第一电气节点；所述第三二极管的负极与所述第四二极管的负极连接，并形成第二电气节点，所述第二二极管的负极与所述第三二极管的正极连接；所述第一晶体管的发射极与所述第一电气节点连接，所述第一晶体管的集电极与所述第二电气节点连接，所述第一晶体管的发射极连接所述三相交流电中的其中一相；
38.所述第二桥臂包括：第二晶体管、第五二极管、第六二极管、第七二极管、第八二极管；所述第五二极管的正极与所述第六二极管的正极连接，并形成第三电气节点；所述第七二极管的负极与所述第八二极管的负极连接，并形成第四电气节点，所述第六二极管的负极与所述第七二极管的正极连接；所述第二晶体管的发射极与所述第三电气节点连接，所述第二晶体管的集电极与所述第四电气节点连接，所述第二晶体管的发射极连接所述三相交流电中的其中一相；
39.所述第三桥臂包括：第三晶体管、第九二极管、第十二极管、第十一二极管、第十二二极管；所述第九二极管的正极与所述第十二极管的正极连接，并形成第五电气节点；所述第十一二极管的负极与所述第十二二极管的负极连接，并形成第六电气节点，所述第十二极管的负极与所述第十一二极管的正极连接；所述第三晶体管的发射极与所述第五电气节点连接，所述第三晶体管的集电极与所述第六电气节点连接，所述第三晶体管的发射极连接所述三相交流电中的其中一相；
40.所述第一二极管的负极、第五二极管的负极、第九二极管的负极连接，形成所述整流模块的第一输出节点；所述第四二极管的正极、第八二极管的正极、第十二二极管的正极连接形成所述整流模块的第二输出节点。
41.在一实施例中，升压模块通过将boost电路引入到传统超稀疏矩阵变换器中，在直流环节直接升高输入到逆变级电压大小，起到升高直流电压幅值作用，通过选择适当的开关占空比可调节该环节电压传输比，从而提高新型超稀疏矩阵变换器电压传输比；
42.具体地，如图2所示，所述升压模块包括电感、电容、第二晶体管、第十三二极管，所述电感的一端与第一输出节点连接并形成第三输出节点，所述电感的另一端分别与第二晶体管的集电极、第十三二极管的正极连接，第二晶体管的发射极与第二输出节点连接，所述电容的一端与第十三二极管的负极连接，电容的另一端与第二输出节点连接并形成第四输出节点。
43.在一实施例中，通过双空间有效电压矢量和零矢量调制策略将升压后的脉动直流电压逆变后输出为交流正弦电压，其拓扑构造与传统两电平逆变器相同，三相桥臂每相由两组并联的igbt二极管串联而成。
44.具体地，如图2所示，所述逆变输出模块包括第一逆变桥、第二逆变桥、第三逆变桥，所述第一逆变桥、第二逆变桥、第三逆变桥并联连接；
45.所述第一逆变桥包括第一三极管、第二三极管、第十四二极管、第十五二极管；所述第十四二极管并联连接于所述第一三极管的发射极与集电极之间，且第十四二极管的正极与第一三极管的发射极连接，第十四二极管的负极与第一三极管的集电极连接；第十五二极管并联连接于所述第二三极管的发射极与集电极之间，且第十五二极管的正极与第二三极管的发射极连接，第十五二极管的负极与第二三极管的集电极连接；
46.所述第二逆变桥包括第三三极管、第四三极管、第十六二极管、第十七二极管；所述第十五二极管并联连接于所述第三三极管的发射极与集电极之间，且第十六二极管的正极与第四三极管的发射极连接，第十六二极管的负极与第三三极管的集电极连接；第十七二极管并联连接于所述第四三极管的发射极与集电极之间，且第十七二极管的正极与第四三极管的发射极连接，第十七二极管的负极与第四三极管的集电极连接；
47.所述第三逆变桥包括第五三极管、第六三极管、第十八二极管、第十九二极管；所述第十八二极管并联连接于所述第五三极管的发射极与集电极之间，且第十八二极管的正极与第五三极管的发射极连接，第十八二极管的负极与第五三极管的集电极连接；第十九二极管并联连接于所述第六三极管的发射极与集电极之间，且第十九二极管的正极与第六三极管的发射极连接，第十九二极管的负极与第六三极管的集电极连接。
48.本实用新型提供的一种矩阵变换器，包括：输入滤波模块1，用于对输入的三相交流电压进行滤波处理；整流模块2，用于对滤波后三相交流电压进行整流处理，得到直流脉动电压；升压模块3，用于对整流模块输出的直流脉动电压进行升压处理；逆变输出模块4，用于对所述升压后的直流脉动电压进行逆变处理，得到交流正弦电压。本实用新型通过在传统usmc的直流环节增加boost升压电路，通过提升usmc的中间直流电压，从而拓宽电压传输比范围。
49.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
50.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
51.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
52.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
53.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表
述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
54.尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。