矩阵式转换器（九）：AC直接方式与假想间接方式，哪种控制方式最好？

　　矩阵式转换器由9个开关元件构成。以最佳的时间切换这些元件的开和关，即可得到所需的频率及振幅的交流输出。因此，对它们的控制及其复杂。本文将介绍“AC直接方式”及“假想间接方式”这两个代表性的控制方式，并且探讨其优劣。

　　矩阵式转换器可将交流电直接转换成频率及振幅不同的交流电。与以往的逆变器相比，矩阵式转换器具备外形尺寸较小、转换效率高、高次谐波电流发生量少、无需维修等优点。

　　当然，矩阵式转换器也有一些缺点。最大的缺点是，控制会变得复杂。这是因为，必须采用9个交流开关元件对输入电流及输出电压进行控制。因此，产生驱动各开关元件的控制脉冲信号的操作相当困难。许多研究过矩阵式转换器的技术人员，都将这一点作为知难而退放弃研究的理由。

　　的确，矩阵式转换器的控制与以往的逆变器相比既复杂又困难。但绝没有困难到令人无法理解的程度。本文将对这种复杂的矩阵式转换器的控制方法进行深入浅出的解说。

　　控制方式有两种

 

图1：矩阵式转换器的电路构成

　　图为矩阵式转换器最常见的电路构成。通过对9个开关元件各自的开关时间进行控制，以便控制输入电流及输出电压。另外，除了这种电路构成之外，还有3相输入单相输出电路与单相输入3相输出电路组合而成的电路构成。这种电路构成称为间接矩阵式转换器。(点击放大)

　　首先，回顾一下以前章节中介绍的矩阵式转换器的基本电路构成(图1)。矩阵式转换器采用以格子状配置9个交流开关元件的电路构成。开关元件采用以下两种元件：将具有反向阻断特性的RB-IGBT(Reverse Blocking IGBT)进行逆向串联连接而成的元件，或者是IGBT与续流二极管(Free Wheel Diode, FWD)的组合进行逆向串联连接而成的元件。通过对这些开关元件的开关时间以及占空比进行控制，即可得到想要的3相交流输出。

　　例如，设想向马达供电。一般情况下，为了提高节能效果，马达会根据负荷状态改变旋转速度等。然而，单靠马达自己不能旋转。由矩阵式转换器根据马达的负荷状态供给最佳频率及振幅的电力，由此设定所需的旋转速度。通常，将马达旋转速度的设定值称为“速度指令”。矩阵式转换器接收到这一速度指令，则输出相应频率及振幅的电压。该电压设定值即为“输出电压指令”注1)。另外，由于矩阵式转换器可对输入电流进行控制，因此，可将输入电流的波形设定为功率因数为1的正弦波。负责实现这一目标的是“输入电流指令”。

　　注1) 本文中右上方带有*符号的罗马字母v表示输出电压指令。