矩阵变换器几种不同控制策略的比较

本资料包含pdf文件1个，下载需要1积分

矩阵变换器在工业领域具有广泛应用，比之传统的具有中间直流环节的变换器，矩阵式变换器 (Mc)具有如下优势：(1)无中间直流储能环节，体积缩小，功率电路简单、紧凑。

图1 矩阵变换器拓扑结构1 矩阵变换器电流跟踪控制策略同步开关型电流滞环跟踪控制 的基本思想是在每-个等距的采样瞬间将给定参考电流i 与实际电流i 作比较，若i >i ，导通相应的开关，使电流增大。这样，实际电流围绕给定参考电流作锯齿状变化，而电压波为-脉宽调制波。采样周期越小，实际电流越接近给定参考电流。这种电流滞环跟踪控制型的PWM其控制的直接 目标是负载电流，与其他类型的PWM相比具有设计简单，无需复杂的数学计收稿 日期 ：2013-05-23作者简介 ：陈捷 (1959-)，男，江西南昌人 ，硕士生导师，副教授，主要研究方向为电力电子应用技术，特种电源。

124假设输入三相 单相矩阵式变换器的电压波形如图2所示，其中粗线表示期望输出电流的波形。假设组成每个双向开关S S SAc是由两个背靠背共集电集的IGBT管组成如图1所示，分别为Sup(正向)和s舢(反向)， ∈a，b，C。在ot，时段期望输出电流为正，管子就选用正向调制即S ，而在t3-c6时期输出电流为负，管子就选用反向调制即S 。由于负载-般为感性负载，工作过程中不允许开路，因此斩波的同时必须要电压最低或者电压最高的另-相进行续流16]。

图2 输入输出波形如：在0～t0阶段 ，c相 电压最高，S ▲行调制，b相电压最低，s 进行续流。

在t 阶段 ，a相 电压最高，S 进行调制 ，b相 电压最低，s 进行续流。

在tlt2阶段，a相电压最高，s 进行调制，c相电压最低，SAcn进行续流。

在c2～t，阶段，b相电压最高，S 进行调制，C相电压最低，SAc.进行续流。

在t3t 阶段，b相电压最高，S ▲行调制，a相电压最低，s 进行续流。

在 t4t 阶段 ，c相电压最高 ，S 进行调制 ，a相 电压最低，S 进行续流。

在电流为正半周期时，各个开关管的导通情况如图3所示。

《自动化与仪器仪表2013年第4期(总第168期)： ： L /”n n n n l。 t -㈧㈦ n nnnh 。 ㈧ n㈦H ；：! I nn!：；：； i HH H n'r tHh图3 各开关管导通的逻辑值2 矩阵变换器SPWM控制策略传统AC-DC-AC变换器采用的三相双极式SPWM控制的基本思想是将 1个三角调制波电压u与三相正弦波控制电压U，Uh，U(波控制电进行比较，从而得到逆变器对应三相输出的3个桥臂上的上、下2个开关元件的控制信号。调节正弦波控制电压的幅值和频率，可以调节逆变器输出电压的大小与频率。双极式 SPWM控制方法具有输出相 电压基波分量大，使变换器利用率高，同时其输 出电流波形好等特点。由于三相交- 交矩阵变换器不存在直流环节，且共有9个双 向开关元件 ，SPWM 的控制策略相对 比较复杂。

2.1 矩阵变换器的等效电路 将矩阵变换器可等效为虚拟的 整流器”和 逆变器”两个部分，且它们是在同-级变换器上进行工作的。为了获得最大的输出电压，通常让虚拟 整流器”的输出电压Ud为输入电源的最大线电压，因此在输入电源电压的-个周期 内，Ud共 6种状态，即Uuv，Uuw，Uvw，Uvu，Uwu和 u、w 利用这-特性，矩阵变换器看成分时由Uuv，Uuw，Uvw，Uvu，Uwu和uwv。

依次供 电的传统6开关逆变器。图4所示的是其中的-种工作状态，即UdUuv时等效的6开关逆变器。

在此状态下，等效逆变器中的6个开关g，所对应 的矩阵变换器开关分别为s1，s6，s2，s4，s3和s5。其他5种工作状态的开关对应关系见表1所示。

表1根据以上的等效电路，矩阵变换器可以看成是由6组不同的6开关逆变器轮流运行的组合。在每-组逆变器中，可利用传统交-直-交变换器中广泛应用的SPWM方法来进行控制。

图4 逆变器开关等效工作状态3 矩阵变换器 SVPWM控制策略矩阵变换器的空间矢量调制，是基于空间矢量变换的-种方法，它人为地将矩阵变换器等效成虚拟的交直交变换器，其中的直流环节是虚拟的，然后分别利用空间调制技术实现虚拟整流和虚拟逆变，最后将两者综合 ，得到所需的调制函数矩阵，实现-次变换。三相到矩阵变换器等效的交-直-交简化拓扑结构。

分别对应6个非零空间矢量和2个零矢量。6个非零矢量U1～U6将坐标平面等分成6等份，每个等份对应 1个 电压扇区。对三相瞬时输出电压，可利用Park变换影射为旋转空间电压矢量，而旋转空间电压矢量可以由静止空间电压矢量通过脉宽调制来合成，即当期望输出电压旋转空间矢量u位于某扇区时，可用组成该扇区的两个静止空间矢量以 、 来合成旋转的空间矢量，其数学关系为：lm图5 输入电流空间矢量分布与电流矢量合成 d U 以 d oc!a： TJTm sin(60、 (1)/ O )d /T1-d -d为开关周期；m 为 电压调制 比； ， 为开关接通时间；d ， ，d 为开关占空比。

虚拟整流器的部分的调制与虚拟逆变器部分的空间矢量调制灯似，如图6所示。

为：， (图6 输出线电压空间矢量分布与线电压矢量合成由静止电流空间矢量合成旋转电流空间矢量 的计算公式Id d l a IdTJTm sin(60。-0 )d /Tm。sin(O )d /T1-也-以式中m 为电流调制比： ，To为开关的接通时间。

(2)4 仿真与实验(1)电流滞环的仿真仿真模型主要由四大部分组成：第-部分为三相电源；第二部分为z源网络；第三部分为MC及其控制 电路，它包括开关 状 态 产 生 模 块 (status generator)，PWM 信 号 发生 模 块(PWM generator)，控制逻辑信号生拈Oogical block)，单向开关控制信号产生拈(signalsplit)；第四部分为阻感型负载。其仿真框图如下：125-～---