矩阵变换器作为一种新型的“绿色”变频器,具有以下优点:允许频率单级变换,无需大容量的贮能元件;能使输入电流正弦,输入功率因数可达到0.99以上并可自由调节,且与负载的功率因数无关;此外,它的输出电压正弦,输出频率、电压可调,输出频率可高于、低于输入频率,功率可双向流动。 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在感应加热上的应用,为矩阵变换器应用领域的拓展奠定了基础。 本文首先从理论上分析比较了矩阵变换器的换流方法,得出目前较为合适的换流方案,并且定量分析了换流方法引起的死区效应及死区效应带来的换流损失,为以后的改进奠定基础;然后分析比较了3×1矩阵变换的几种拓扑,得出了目前最适合的3×1矩阵变换的拓扑。在此基础上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及保护措施;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,得出对于不对称负载输入滤波器的设计方法,并给出由于输入滤波器引起的输入功率因数的补偿方案。首次将矩阵变换器应用到感应加热上面,根据矩阵变换器和感应加热的特点,设计出符合两者的控制方法;重点分析了符合矩阵变换器结构的调功方式,并通过分析比较,得出最可行也最易实现的脉冲频率调制策略。并通过仿真和实验验证了矩阵变换器在感应加热上应用的可行性。 本文的研究重点放在了矩阵变换器的应用方式的研究上,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,为矩阵变换器进一步的实用化研究提供了一定的技术基础。