新型三相-单相矩阵变换器的研究与实现

3 仿真及实验研究
3．1 仿真分析研究
基于以上策略在Matlab／Simulink环境下建立系统仿真模型。仿真参数：输入为三相对称电源，其相电压为380 V／50 Hz，单相输出电压为220 V／50 Hz，功率为1 kW，开关频率为5 kHz。

由图3a可知，无功率补偿的三相-单相矩阵变换器三相输入电流除基波分量外还有一个含量较大的低频谐波。由式(3)可知，所含谐波电流应为两个，频率为ωi±2ωo，此处是因为输入输出电压均为50 Hz，因此所含谐波只有150 Hz。滤波后的输入电流含量只有23％，其原因为：①当输入输出均为50 Hz时，理论分析应含有的谐波为50 Hz和150 Hz，50 Hz为基波，加大了基波分量；②输入滤波器为LC滤波，电路回路中有电容电流，此电流也为50 Hz。加入功率补偿后输入电流波形如图3b所示，正弦度较好，谐波含量较小。
3．2 实验结果分析
为进一步验证所提出策略的正确性，研制了一台1 kW的三相-单相矩阵变换器，变换器由主功率电路、控制电路(DSP+CPLD)及其他外围电路(驱动电路、保护电路等)组成。实验参数与仿真参数一致。图4示出实验波形，其中uo1为滤波前输出电压，uo2以为滤波后输出电压。

由图可知，该变换器可获得较好的正弦输出电压，说明所提出的带功率补偿的三相-单相矩阵变换器可得到较好的交流输出电压；输入电流正弦度较好，与理论分析和仿真基本吻合，说明所提出的新型三相-单相矩阵变换器可较好地改善输入电流波形，减小谐波污染。

4 结论
提出一种新型三相-单相矩阵变换器，通过增加小容量功率补偿单元可较好地改善变换器输入电流波形，减小其谐波含量。通过介绍三相-单相矩阵变换器的调制策略，分析研究了三相输入电流与虚拟直流母线电流之间的关系。通过控制功率补偿相电流，使其能补偿虚拟直流母线上的脉动电流，则可得到较好的三相输入电流。仿真和实验表明，所提出的新型三相-单相矩阵变换器拓扑结构合理，性能优良。