矩阵式变换器是一种先进拓扑结构的“全硅”功率变换器,它允许频率单级变换,无需大容量的贮能元件,而且输入电流、输出电压正弦,输入功率因数可达到0.99以上并可自由调节,能量可双向流动。 本文采用了计算机仿真与实验结合的方法,深入研究了矩阵式变换器的交-直-交等效变换PWM调制策略及其在传动系统和交流励磁系统中的应用。 本文首先从等效交-直-交变换的空间矢量调制方法出发,深入分析了矩阵式变换器的变换关系,推导出了交-交直接变换控制规律和双空间矢量PWM调制技术;在基本调制方法的基础上,分析了对称调制、减小开关损耗的调制策略,并进行了对比,然后提出一种便于数字实现的通用方法。然后构建了矩阵式变换器的主电路和控制系统,分析了双向开关的构成和四步换流方案及其对输入输出性能的影响,并提出一种换流补偿方法;详细讨论了输入滤波器的设计原则和负载特性对输入输出的影响,并提出了一种带输入功率因数补偿的方案。针矩阵式变换器电压传输比偏小的特点,设计了矩阵式变换器用于常规异步电机的V/f控制方案;首次将其应用于交流励磁系统,避开了电压传输比的限制,并充分发挥其输入输出特性好、能量双向流动的特点,仿真和实验表明矩阵式变换器是适合于交流励磁的理想电源。结合实验和仿真,本文对矩阵式变换器的无功传递和功率双向流原理和控制等问题进行了探讨,指出无功功率实质上是一种能量的流动而不是消耗,因此可以通过开关高频分量在三相电路内部交换,而能量的双向流动是双向开关的自然特性,双向开关为能量流动提供了回路。 本文的研究重点放在矩阵式交—交变换器的实现方式和应用方式研究上,通过理论分析、计算机仿真和实验验证得出了一些有意义的经验和结论,为矩阵式变换器进一步的实用化研究提供了一定的技术基础。