1概述
　　
矩陣式變換器是一種強(qiáng)迫換相的交－交變換器，它由9個(gè)可控的雙向開關(guān)，利用pwm控制將交流供電電源直接變換成負(fù)載所需的變壓變頻電源，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。雙向開關(guān)使用兩個(gè)igbt共集電極反向串聯(lián)，利用器件內(nèi)部的續(xù)流二極管以阻擋反向電壓，結(jié)構(gòu)緊湊，方便簡(jiǎn)單，開關(guān)損耗也較低。輸入側(cè)的l－c濾波器可有效減少輸入電流的開關(guān)頻率諧波。

2emi分析

矩陣式變換器是ac/ac直接變換，電網(wǎng)和負(fù)載會(huì)相互直接影響，電網(wǎng)的波動(dòng)會(huì)直接對(duì)負(fù)載（如異步電機(jī)）產(chǎn)生干擾；用igbt和反并聯(lián)二極管構(gòu)成的雙向開關(guān)，以及它們的控制電路dsp和cpld等高速集成電路，都存在著高的di/dt，它們通過線路或元器件的引線電感引起瞬態(tài)電磁噪聲，其頻率為幾千hz，成為不可忽略的噪聲源；pwm調(diào)制技術(shù)在各種電力電子裝置中的廣泛應(yīng)用，在它們的主功率電路中，通常會(huì)流過一系列的pwm功率脈沖，其重復(fù)頻率視應(yīng)用場(chǎng)合可達(dá)幾千hz，因而這些脈沖電流中所包含的諧波可以達(dá)到幾mhz乃至幾十mhz的范圍，而且它們產(chǎn)生的電磁噪聲強(qiáng)度很大；而周圍的設(shè)備和裝置也會(huì)輻射電磁波，它們也成為不可忽視的干擾源。這些干擾源通過傳導(dǎo)和輻射等方式對(duì)輸出和輸入電流、電壓產(chǎn)生影響，必須想辦法將其抑制或減少在可以接受的范圍之內(nèi)。

世界各國(guó)對(duì)電氣設(shè)備的電磁兼容性均制定了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，特別是西歐，從1996年1月開始已強(qiáng)制嚴(yán)格執(zhí)行其標(biāo)準(zhǔn)，我國(guó)也有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)，因此，必須采用輸入濾波器減少矩陣式變換器產(chǎn)生的開關(guān)頻率諧波，本文重點(diǎn)介紹輸入濾波器的設(shè)計(jì)。

3減少開關(guān)過程干擾

為了保證開關(guān)之間的安全切換，同一相輸出的任意兩組開關(guān)不能同時(shí)導(dǎo)通，否則將造成輸入兩相短路而產(chǎn)生電流峰值；三相開關(guān)也不能同時(shí)斷開，否則就造成感性負(fù)載開路而感應(yīng)高電壓。但實(shí)際所采用的半導(dǎo)體開關(guān)器件igbt不可能達(dá)到理想的瞬時(shí)導(dǎo)通和關(guān)斷，在即將關(guān)斷的器件退出導(dǎo)通之前，即將導(dǎo)通的器件不能達(dá)到理想狀況的瞬時(shí)導(dǎo)通狀態(tài)，換流時(shí)無法避免短暫的開通重疊或關(guān)斷死區(qū)，因此，為了減少開關(guān)過程的干擾，安全的換流通常不能一步完成。

四步安全換流的思想是盡量減少短路和開路的危險(xiǎn)開關(guān)狀態(tài)。從開關(guān)s1到開關(guān)s2換流過程如圖2所示。 　　

當(dāng)i_l>0時(shí)，四步開關(guān)順序是：關(guān)s_1n，開s_2p，關(guān)s_1p，開s_2n。
　　
當(dāng)i_l<0時(shí)，四步開關(guān)順序是：關(guān)s_1p，開s_2n，關(guān)s_1n，開s_2p。
　　
可見，四步換流成功地構(gòu)成了對(duì)兩個(gè)雙向開關(guān)的換向控制，既阻止了可能使電源發(fā)生短路的開關(guān)組合，又保證了在任意時(shí)刻給負(fù)載提供至少一條流通路徑，而且即將關(guān)斷的器件被即將開通的器件施以反壓時(shí)可以實(shí)現(xiàn)零電流開關(guān)，因此，采用四步換流方案可以減少50％的平均開關(guān)損耗。
　　
優(yōu)化開關(guān)順序是將開關(guān)順序設(shè)置為s1，s2，s3，s0，s3，s2，s1，即采用半對(duì)稱pwm開關(guān)順序，采用優(yōu)化后的開關(guān)順序可以減少33％的平均開關(guān)損耗。

4輸入濾波器設(shè)計(jì)

4.1開關(guān)頻率諧波
　　
利用仿真和實(shí)驗(yàn)的方法可以得到三相輸入電流的頻譜，可以比較仿真和實(shí)驗(yàn)波形中開關(guān)頻率及其諧波的峰值及其位置，并以此作為濾波器設(shè)計(jì)的依據(jù)。
　　
利用matlab仿真的輸出頻率為30hz的輸入電流頻譜如圖3所示。圖4是實(shí)際的開關(guān)頻率為20khz，功率為3.5kw的矩陣式變換器的未濾波的輸入電流頻譜�？梢�，在仿真和實(shí)驗(yàn)波形之間有很多相關(guān)性，它們?cè)陂_關(guān)頻率附近諧波成分很大。

在矩陣式變換器驅(qū)動(dòng)感應(yīng)電機(jī)的系統(tǒng)中，電機(jī)啟動(dòng)過程的電磁轉(zhuǎn)矩波形如圖5所示。由圖5可知，感應(yīng)電機(jī)啟動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)矩最大，由此產(chǎn)生的干擾電壓也最大。知道了干擾電壓的頻譜，可以開始設(shè)計(jì)滿足要求的輸入濾波器了。

4.2設(shè)計(jì)方法
　　
可以采用多相l(xiāng)c濾波電路或帶諧波選擇的單相l(xiāng)c濾波器，但顯然增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性。