矩陣變換器控制技術(shù)研究及其應(yīng)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(chǔ)能元件，具有高效率、高功率密度、高可靠性的優(yōu)點(diǎn)。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(dòng)能力，在對(duì)體積、效率及可靠性要求較高的領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。本文對(duì)矩陣變換器的調(diào)制算法、換流策略及其在感應(yīng)電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了廣泛、系統(tǒng)、深入的研究，為矩陣變換器的發(fā)展與應(yīng)用提供了理論和技術(shù)準(zhǔn)備。
　　 本文以三相/三相

2、直接矩陣變換器為研究對(duì)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(chǔ)上提出了一種簡(jiǎn)化的間接空間矢量調(diào)制實(shí)現(xiàn)方法，以減小空間矢量調(diào)制算法計(jì)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(fù)載電壓/電流發(fā)生畸變的原因，給出了一種實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)調(diào)制矢量以補(bǔ)償輸入電壓擾動(dòng)的控制方法。對(duì)不平衡輸入電壓下矩陣變換器的輸入電流特性進(jìn)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(zhǔn)確輸入電壓檢測(cè)電路的電壓型變步長(zhǎng)安全換流策略，該策略采用兩步換流實(shí)現(xiàn)非臨界換流(相對(duì)電壓大小明確的兩個(gè)輸入相之間的換流)，并采用四步換流實(shí)現(xiàn)臨界換流(相對(duì)電壓大小不明確的兩個(gè)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(dǎo)致輸入相之間短路的問(wèn)題。進(jìn)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(kāi)關(guān)模式可以完全避免四步臨界換流的使用，實(shí)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(dǎo)致的換流過(guò)程中斷，提出了三零矢量開(kāi)關(guān)模式與單零矢量開(kāi)關(guān)模式相結(jié)合的調(diào)制方法，并分析計(jì)算了能夠避免換流過(guò)程中斷的換流時(shí)間占空比極大值，避免了延長(zhǎng)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(yīng)電機(jī)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了矩陣變換器感應(yīng)電機(jī)高性能交流調(diào)速系統(tǒng)?；谵D(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向矢量控制策略設(shè)計(jì)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(yīng)電機(jī)定子電流環(huán)控制策略，并在此基礎(chǔ)上基于經(jīng)典控

5、制理論設(shè)計(jì)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(dòng)機(jī)理，指出矩陣變換器的能量流動(dòng)方向只能由通過(guò)調(diào)節(jié)輸出電壓與反電動(dòng)勢(shì)之差實(shí)現(xiàn)，輸入功率因數(shù)角的調(diào)節(jié)對(duì)于能量流動(dòng)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(guò)程導(dǎo)致的輸出電壓誤差，指出開(kāi)關(guān)器件的輸出電容及矩陣變換器主電路的雜散電容對(duì)矩陣變換器的強(qiáng)迫換流過(guò)程導(dǎo)致的輸出電壓誤差將造成影響，它使得基于理想器件開(kāi)關(guān)

6、過(guò)程分析所得的輸出電壓誤差與實(shí)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(dá)式，提出了一種直接對(duì)參考電壓進(jìn)行補(bǔ)償?shù)木仃囎儞Q器非線性補(bǔ)償方法，改善了矩陣變換器的線性度及在低調(diào)制比時(shí)輸出電壓/電流波形質(zhì)量。將該補(bǔ)償方法用于矩陣變換器感應(yīng)電機(jī)矢量控制系統(tǒng)，改善了感應(yīng)電機(jī)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(tái)5.5kW的矩陣變換器實(shí)驗(yàn)樣機(jī)。并在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了感應(yīng)電機(jī)矢量控制調(diào)速系統(tǒng)。