矩陣變換器控制技術研究及其應用.pdf

1、矩陣變換器是一種交流/交流直接電力變換裝置，它不需要直流環(huán)節(jié)儲能元件，具有高效率、高功率密度、高可靠性的優(yōu)點。它能夠產(chǎn)生正弦的輸出電流與正弦的輸入電流，輸入功率因數(shù)可調(diào)，并具有天然的能量雙向流動能力，在對體積、效率及可靠性要求較高的領域具有良好的應用前景。本文對矩陣變換器的調(diào)制算法、換流策略及其在感應電機調(diào)速系統(tǒng)中的應用等關鍵技術進行了廣泛、系統(tǒng)、深入的研究，為矩陣變換器的發(fā)展與應用提供了理論和技術準備。
　　 本文以三相/三相

2、直接矩陣變換器為研究對象，分析了直接空間矢量調(diào)制算法和間接空間矢量調(diào)制算法，指出了它們的同一性。提出了調(diào)制矢量的概念，在此基礎上提出了一種簡化的間接空間矢量調(diào)制實現(xiàn)方法，以減小空間矢量調(diào)制算法計算量?；谡{(diào)制矢量，研究了矩陣變換器輸入/輸出特性，分析了非正常輸入電壓下負載電壓/電流發(fā)生畸變的原因，給出了一種實時調(diào)節(jié)調(diào)制矢量以補償輸入電壓擾動的控制方法。對不平衡輸入電壓下矩陣變換器的輸入電流特性進行了分析，研究比較了不平衡輸入電壓下的兩種

3、輸入電流波形的控制方法。提出了一種不依賴準確輸入電壓檢測電路的電壓型變步長安全換流策略，該策略采用兩步換流實現(xiàn)非臨界換流(相對電壓大小明確的兩個輸入相之間的換流)，并采用四步換流實現(xiàn)臨界換流(相對電壓大小不明確的兩個輸入相之間的換流)，解決了電壓型換流策略在臨界區(qū)間容易導致輸入相之間短路的問題。進一步將該電壓型換流策略與空間矢量調(diào)制算法相結(jié)合，分析指出采用具有中置零矢量的4 種空間矢量調(diào)制開關模式可以完全避免四步臨界換流的使用，實現(xiàn)純兩

4、步電壓型換流。為避免有效矢量的占空比太小而導致的換流過程中斷，提出了三零矢量開關模式與單零矢量開關模式相結(jié)合的調(diào)制方法，并分析計算了能夠避免換流過程中斷的換流時間占空比極大值，避免了延長法與丟棄法的使用，改善了輸出電壓/電流波形質(zhì)量。本文將矩陣變換器與感應電機相結(jié)合，實現(xiàn)了矩陣變換器感應電機高性能交流調(diào)速系統(tǒng)?；谵D(zhuǎn)子磁場定向矢量控制策略設計了調(diào)速系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)。提出了一種基于反饋解耦的感應電機定子電流環(huán)控制策略，并在此基礎上基于經(jīng)典控

5、制理論設計了定子電流環(huán)PI 調(diào)節(jié)器、磁鏈環(huán)PI 調(diào)節(jié)器及轉(zhuǎn)速環(huán)PI 調(diào)節(jié)器。深入分析了矩陣變換器的能量雙向流動機理，指出矩陣變換器的能量流動方向只能由通過調(diào)節(jié)輸出電壓與反電動勢之差實現(xiàn)，輸入功率因數(shù)角的調(diào)節(jié)對于能量流動方向的控制不起作用。
　　 本文分析了矩陣變換器電壓型兩步換流過程導致的輸出電壓誤差，指出開關器件的輸出電容及矩陣變換器主電路的雜散電容對矩陣變換器的強迫換流過程導致的輸出電壓誤差將造成影響，它使得基于理想器件開關

6、過程分析所得的輸出電壓誤差與實際輸出電壓誤差不符。給出了考慮各種非線性因素后矩陣變換器輸出電壓誤差的通用表達式，提出了一種直接對參考電壓進行補償?shù)木仃囎儞Q器非線性補償方法，改善了矩陣變換器的線性度及在低調(diào)制比時輸出電壓/電流波形質(zhì)量。將該補償方法用于矩陣變換器感應電機矢量控制系統(tǒng)，改善了感應電機調(diào)速系統(tǒng)的低速性能。本文采用分立IGBT器件與數(shù)字控制系統(tǒng)研制了一臺5.5kW的矩陣變換器實驗樣機。并在此基礎上構(gòu)建了感應電機矢量控制調(diào)速系統(tǒng)。