双级矩阵变换器双空间矢量调制策略研究-论文.pdf

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1、攘专论双级矩阵变换器双空问矢量调制策略研究董亚峰安徽淮北市雷鸣科化公司乳化车间I摘要】介绍了双级矩阵变换~(TSMC)的主电路拓扑结构，分析了TSMC的基本原理，推导了TSMC~空间矢量调制(SVM)策略，搭建~"Matlab／ul6Simulink模型对所述调制策略进行了仿真验证，仿真结果表明所述调制策略，、。’、、、、～的正确性’~~、＼／／／‘【关键词】矩阵变换器；双级；空间矢量调制；仿真／／’~、／、，,1，引言f6＼＼／恬詈＼／二、／3万】lzr=随着电力电子技术、自动控制技术的迅速发展，电力变

2、换技术已广，泛应用于电动机驱动、变频调速、能量回馈控制以及不问断电源等方／／<：～一×、、26面，据统计，我国发电量的60％-70％用于拖动电动机，其中9O％的电动机、。34i56是交流电动机，大部分为直接拖动，由于直接恒速拖动，造成大量的电圈2输入电压扇区划分示意图能浪费，全国每年浪费的用电总量十分惊人【】l，因此发展电气节能十分必要。为获得最大直流侧电压，提高电压利用率，将输入电压的一个基波变流器是电力变换的核心部件，当前应用广泛的AC—DC—AC变换周期划分为六个扇区，在每个扇区内，一相电压绝对值最

3、大，另两相电器和相控AC—AC变频器，均存在其固有的缺陷。对于Ac—DC—AC变换压极性与其相反IS]。下面以电压在第l扇区为例展开分析。器，因为整流侧为不控整流，输入侧功率因数低，输入交流电流波形畸第1扇区内u极性为正且绝对值最大，u和u极性为负，为了达到整变，对电网谐波污染严重。同时直流侧储能元件体积大，且寿命有限，流级调制目的，1个开关周期T内开关开关S。和s。一直导通，Sbpp和造成系统不易维护、集成度低、可靠性降低等问题。而Ac—．AC变频器输出频率变化范围窄，一般上限为1／31／2电网频率，所

4、以仅适用于低速溅鼗黯毫场合。压保持同相位，则需满足式(1)。美国学者LixiangWei和Thomas．ALipo于2001年提出了一种laOCU口，oC，I∞cc(1)新型双级矩阵变化器(Two-stagematrixconverter-TSMC)[21，该则其占空比分别为d．和d，。拓扑具有输入、输出电流正弦，输出频率任意可调，输入功率因数可控一一一‘)dIu~~+d2u=i3Ulm()为l，且直流侧不需要笨重的储能元件，只需简单的嵌位电路，具有“绿=色变频器的特性【3】，成为目前很有发展潜力的一种交

5、一交直接功率变换同理可以分析其它扇区，由式(3)可知直流侧电压U的局部平均值器。为随c0sJ而变的波动量。其中：2．TSMC的主电路结构cos(a．)一一0cososl，1~o4O．I)(4)TSMC的主电路由整流级和逆变级构成，与交音交PWM变换器3．2逆变级空间矢量调制不同的是，TsMC的整流级采用双向开关，共需要l8个IGBT['Il当控制TSMC逆变级的空间矢量调制和一般的逆变器调制类似。由前面分直流侧电压≥0时，TSMC直流侧仅需要一个简单的嵌位电路，而不析可知在1个开关周期T内，因直流侧电压u

6、由两个输入线电压分别导需要直流侧储能电容。TMSC主电路结构如图l所示。通d．T和d，T时间构成，为了得到恒定的输出电压矢量幅值，TSMC的逆变级的调制系数m需进行修正以抵消u的波动，这点与一般逆变器不同。逆变级的输出线电压空间矢量分布和合成如图3所示。＼：(110)口U口6．(1O／4cUf一输入滤波器一整流级一{}i位电逆变级。IdU．6／图'TSMC．~．电路结构图图l所示18开关TSMC的主电路结构，主要由输入滤波器、整流级、(a)矢量分布(b)矢量合成箝位电路、逆变级构成，其中整流级的双向开关采

7、用共射极接法，逆变图3输出合成级采用IPM模块构成。从图1可以看出TsMC相对于传统的直接式MC具有更简单的箝位电路，TSMC~箝位电路由D和c串联后并接在逆变级修正后的占空比计算公式如式(5)所示，TSMC的直流侧[31。l=sin(60)3，TSMC的双空间矢量调制3．1整流级空间矢量调制1mvsin(Ido=l一以一。。设三相对称输入电压的表达式为式(1)：cos(f)其中一=*J·。一为输出相电压幅值，为输出线电压的扇区角。=Ieos(~od一120。)3．3整流级和逆变级协调控制cos(~ojt

8、+120)由于直流侧在1个T周期内由两段线电压构成，所以逆变级应该在261