由图6可得
Uc=Ui-jωLiL=(1)
imatrix=iL-jωCUc=iL-jωC(Ui-jωLiL)
=iL-ω2LCiL-jωCUi=iL(1-ω2LC)-jωCUi=(2)
矩阵式变换器的延迟角(电流落后)限制为π/6,则
-arctan+arctan
<
(3)
由式(3)可得
C<iL(4)
式中:ωc=为滤波器截止角频率。
滤波器电感引起的电压延迟可以忽略[5],滤波器的截止频率比电网频率高一个数量级[6],滤波器电容的最大值取决于输入电流的峰值[7]或理想的输出功率[8][9]。这些值在矩阵式变换器低输入电流工作时尤为重要。考虑到式(5)与式(6)
arctan(5)
=0(6)
则有
C<5.6×10-6iL(7)
或
C<Pout(8)
C<11.6×10-9Pout(9)
利用基尔霍夫电流定理,得到电容电压的脉动为
(10)
电容电压波动在低的输入/输出电压传输比和低的功率因数时变大。
由式(9),当功率为3.3kW时,对电容的限制是C<38.3μF这里取5μF/630V。
滤波器的截止频率fc应选择在电网频率(50Hz)和开关频率(20kHz)之间,通常和电网频率和开关频率都有10倍关系,因此,这里我们取fc为1kHz左右。
fc=(11)
根据上面确定的电容值,可以得到L的取值范围,这里取L为5mH。
4.3 实验验证
在设计好滤波器的参数后,通过实验可以检验参数的选择是否符合要求。
满载时电感上的最大电压降为
(12)
式中:Un是额定输入相电压;
In是额定输入相电流。
由计算可知,满载时最大的电压降为0.01%。