基于数学构造的矩阵变换器调制策略

当前位置: 【中国硕士论文网】 >>教育硕士论文 >> 基础教育硕士论文 >> 基于数学构造的矩阵变换器调制策

基于数学构造的矩阵变换器调制策略

来源:   

　　摘要：针对矩阵变换器现有调制策略复杂、计算量大的问题，提出一种基于数学构造的矩阵变换器调制策略．该调制策略不仅省去了以往调制策略中对扇区的计算，算法简单，易于理解和实现，能够保证最大电压传输比0．866和输入功率因数可控‘9而且，该调制策略的构造方法具有通用性，对其他电力电子变换器调制策略的提出有指导作用．仿真和实验结果表明了这种方法的可行性和正确性．
关键词：矩阵变换器数学构造调制策略

1 引言

矩阵变换器是一种直接变换型交流．交流电力变换装置，具有一些诸如能量双向流通、正弦输入与输出电流、无需大的储能元件等优良特性。自1976年矩阵变换器的拓扑结构提出以来，多种调制策略被相继提出。其中最有影响的有Venturini的“直接传递函数法”IX]、Huber的“间接空间矢量脉宽调制法”[21和Casadei的“直接空间矢量调制策略法”【3】。但是，这些调制策略分析方法比较复杂，算法的计算量比较大。本文提出了一种基于数学构造的矩阵变换器调制策略。该调制策略省去了以往调制策略中对扇区的计算，算法简单，易于理解和实现，并且能够保证输入功率因数可控和最大电压传输比0．866。仿真和实验结果表明了这种方法的可行性和正确性。

2矩阵变换器的结构和原理

2．1 矩阵变换器的拓扑结构
图1为矩阵变换器的拓扑结构示意图。从图中可以看出，矩阵变换器是由九个双向开关组成，通过一定的规律来控制九个双向开关的通断就可以用输入电压来合成所需的输出电压。图1中双向开关趴(．『∈{～B，C)七∈a，b，c))为理想开关。

2．2矩阵变换器的基本工作原理
矩阵变换器可以看成一个六端口网络，其中三将这个变换过程用调制矩阵肘表示，三相输出相电压可表示为其中，mf，(f=1,2，3；户1。2，3)为调制矩阵的元素(物理意义即各开关的占空比)。为保证调制矩阵物理上的可实现性，即各元素必须具有非负性，即必须满足式(3)，考虑到输入端不能短路，输出端不能断路，必须满足式(4)～式(6)。
O≤m玎(3)叻l+nh2+咱3=1 (4)m2l+m22+m23 2l (5)m31+m32+m33 21 (6)矩阵变换器的调制策略主要就是确定这个调制矩阵肘。不同的调制矩阵肘的构造就可以产生不同的调制策略。

3 基于数学构造的调制策略

深入分析矩阵变换器的工作原理可知，要想矩阵变换器获得任意频率珏的输出电压(即与输入电压频率COi无关)，可行的方法之一是采用间接空间矢量脉宽调制法中虚拟整流和虚拟逆变的思想‘∞，为了继续满足式(4)～式(6)的约束条件，最简单的方法是对过渡调制矩阵M7的各个元素叠加偏置D，其中的一组解为D：!二堕±Z±墨2 (D≥o) (14)3令mq=硝+D(i=1，2，3；j=l，2，3) (15)这样，就完成了调制矩阵肘的一种简单构造。
矩阵变换器调制算法可以归纳为根据检测输入三相电压和希望的三相输出电压按式(7)计算M’，然后依据式(13)选择一组X、Y、z的值，最后，按式(14)和式(15)逐步构造出一种符合要求的调制矩阵M。
从式(13)可以看出，工、Y、z的选择余地很大，不同的选取方法，可以生成不同性能的调制策略。其中最简单的选择方法为取边界极值，即按式(16)取值。
这样构成的调制矩阵肘仍然能使最大电压传输比为0．866，证明如下：
依据中对输入电压空间矢量扇区和输出电压空间矢量扇区的划分方法，输入空间矢量所在区间和输出电压空间矢量没有关联；不失一般性，假设在某扇区，输入电压“。>‰>0>‰，输出电压U。>仉>以。根据式(7)，第-YU最小项为Kccos(coit一∥)，第二列最小项为疋cos(tojt一2x／3一励，第三列最小项为Ka cos(w；H-2n／3一历，再由式(16)得一0桫+z净K cos(coit一励+≮C08(O．Yit-2冗13一历+Ka eos(oJit+2x／3-励==≮卜cos(国if+2n／3一历】+Ka cos(coit+2x／3-励=cOS(O)it+27c／3-历(Ka—K)方程两边同加1得-(工+y+Z)=I+cos(r．Oit+2冗13一励(E一疋)>l一43Keos(oJot、根据式(14)的约束可得1-(x+y+z)>1-43rcos(a'ot)≥0 (17)解式(17)可得K≤√3／3。将足带入式(8)可得HA≤(O．866Uim COS励cos(rOot)即最大电压传输比为0．866。其他扇区的情况也可以由上述方法得到证明。

4 仿真和实验

结果在Matlab6．5下进行仿真，仿真模型如图2所示，输入为三相对称电源，其相电压为220V／50Hz，输入滤波器Lf=lmH，Cf=101．tF，输出电压频率为50Hz，异步电动机的额定功率为3×750W，定子电阻0．435fl，转子电阻0．816 Q，定、转子漏感均为2．0x 10-3H，互感为69×10一H，转动惯量为0．09kg．1n2，_[工]_图2矩阵变换器仿真模型Fig．2 Simulation module of the matrix convener图3为矩阵变换器输出电压和电流的仿真波形，仿真结果表明，输出电流基本正弦，具有较好的波形质量。
从式(8)可以看出，输出电压的频率已经与输变换器调制算法，计算出矩阵变换器的开关控制所需要的占空比数据(调制矩阵M)，然后将这些占空比的数据转换为开关开启和闭合的时间来控制开关的通断，从而达到控制交流异步电动机的目的。
入电压频率无关。但是这时得到的过渡调制矩阵系统采用A／D卡和PC机作为采样和算法处理单元，然后通过接口板中的DSP处理器将PC机计算得到的占空比计数值送入CPLD计数，CPLD根据计数值，按照对称调制的方法【31，经过四步换流策略给出开关信号至驱动板，最后由驱动板控制矩阵变换器开关的动作。PC机及DSP的软件流程图如图5所示。
以需要继续构造。矩阵变换器实验系统如图6所示，输入三相交流电压1lOV；输入滤波器‘4～]L=3mH，C=IOttF；系观察过渡调制矩阵M’可知各行元素之和等于零，为满足式(3)，可将M’的各列分别叠加一个偏置x,y，Z，可构成另一个过渡调制矩阵M’，如式(9)所示。从数学的角度看，在jIf’的各列叠加同样的偏置，在改变了各相电压的同时，并未改变相间电压(即线电压)，相当于仅仅改变了矩阵变换器的输出端共模电压。统开关频率为5kHz；异步电动机的额定功率为750W。在给定输出电压频率为16．67Hz时，实验曲线如图7所示。实验结果表明，矩阵变换器输入电流基本为正弦波；输出线电压正弦脉冲宽度调制、电流正弦变化；输入电流和输出电压中基波分量占绝对主要成分。实验结果验证了这种矩阵变换器的简单实现策略的正确性和可行性。

5 结论

针对矩阵变换器现有调制策略复杂、计算量大的问题，本文提出了一种基于数学构造的矩阵变换器调制策略。该调制策略省去了以往调制策略中对扇区的计算，算法简单，易于理解和实现。本文提出的矩阵变换器调制策略的数学构造方法，对其他电力电子变换器调制策略的提出具有较好的指导意义。



中国硕士论文网为你提供优质的教育硕士论文服务

您现在阅读的文章：《基于数学构造的矩阵变换器调制策略》由提供，转载请保留链接。

前一篇:    抓好学生养成教育 努力建设良好校风

后一篇:    面向服务的教育信息系统体系结构的研究