T型三电平间接矩阵变换器拓扑结构和调制策略_马星河.pdf
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1、第 卷第期年月电 力电子技术,型三电平间接矩阵变换器拓扑结构和调制策略马星河,康志鹏,赵军营,潘玥(河南理工大学,电气工程与自动 化学院,河南焦作)摘要:针对传统三电平间接矩阵变换器()传 输 效率低,开关损 耗大,成 本 较高 等缺点。此处提出新 型型的拓扑 结构以及空间矢量调制策略。该变换器拓扑结构是由两个相同的整流器和一个型三电平逆变器组成。具有较髙的 电压传输比,其实现成本较低,控制策略也较为简单,相比传统的有 着更 好的可行性,新 型采用双空间矢量 调 制 策 略。整流级采取无零矢 量调制,使输入功率因数 达到 最 大。逆变级利用“最近三矢量”原则合成输出电压,计算基本矢量占空比,求
2、得的最大电压传输比。通 过 搭建仿 真模型对提出的设计思路进行仿 真实验,结果证实了理论分 析的正确性。并且搭建样机平台,验证了所提拓扑和调 制策略的有效性。关键词:间接矩阵变 换器;整流级;逆变级;空间矢量调 制中图分类号:文献标识码:文章编号:(),(,):(),?,?,?:;:()引言传统的间接 矩阵变换器电压传 输比较 低,无法应用 到高压大功 率场合,因此,研宄人员提出多电平矩阵变换器(),它打破了电压传输比不大于的限 制,有效提高电压传输比,实现高压大功 率输出,降低了开关损耗,减少输出电压谐波,具 有良好的输出波形。其中三电平技术应用最广泛。三电平逆变器具有输出电压谐波小、对器件
3、耐压等级要求较低、开关损耗小等优点传统的是在的基础上,用三电平型逆变器代替开关逆变器,其没 有明确 考 虑中性基金项目:国家自然科学基金()定稿日期:作者简 介:马星河(),男,副教授,研究 方 向为新型变频器。点平衡问题。为了提高输出性能,降低共模电压,减少 开关功率损耗,平衡电容电压,人们对型逆变器的拓扑结构和调制方法进行深入研宄。研宄发现,相对于传 统的型逆变器,型三电平逆变器具有传输效率高、开关损 耗小、所需的独立驱动电源少等优点被作为传统逆变器的替代品。然而型逆变器虽然具有良好的输出性能,但也包含中 间储能 元件,这影响到逆变器的尺寸、使用寿命和可靠性。同时整流级不可控,输入电流 失
4、真,输入功率因数较低是型逆变器的缺点为避免型逆变器的缺点,同时扩 大在高 压大功率中的应用,将型三电平逆变器的概念与矩阵变换器相结合,提出一种新颖型,采用双空间矢量法对 其拓扑结 构进行调制。仿 真和实验结果验证了所提拓扑和调 制策略的有效性。第卷第期年月电力电子技术,型拓扑整流侧控制型的拓 扑 结 构如图所示。该拓扑结 构由两个相同的整流器和一个型三电平逆变器组成。该变 换器采用双空间矢量调制策 略。整 流级采用无零 矢量调制策略,可以输出最 大直流电压。逆变器级采用空间矢量 调 制策略,产生幅值和频率可调的正弦输出电压。整 流级和逆变级分 别基于参考输入电流矢量和输出电压矢量进行控 制。两
5、 部分相互统一,保持输入电流和输出电压平衡。整流器有个双向开关:乂。,¥),¥,¥?。两个整流器产生上、下直流电压,向逆变侧提供直流电压。根 据图所示,型三电平逆变器的每个支路有个和个反并联二极管。双向开关(丫,和)连 接 在直流侧电压中点和输出端之间,其他两个开关(和)的布置与传统的两电平 逆变器类似。与传 统的相比,所提拓扑结 构的功 率开关数 量 较少。矩阵变换器的输出特性与功率 开关状态 有直接关系,逆变侧的功率开关通断情况不同,输出效果也 不?样。以相为例,对矩阵变换器的工作原理进行分 析。以直流 侧中点为参 考,则每相桥臂可输出种电平,分别对应状态,。表为相 桥臂输出不同电平时对应
6、的开关状态。设三相输入电压为:),()()式中:为三相输入相电压幅 值;坤为三相输入角频率。整 流侧有种开关组合。空间矢量图中个有效矢量和个零 矢量夂,。如图所示,有效矢量将空间矢量划分为个扇区。假设参 考 输入电流 矢量位于扇区(矣矣),选 择相邻的两个有 效矢 量和乙合成。和占空比如下所示:()()式中:为 整流级的调制 系数。()()为了完成采样周期,使用零 矢量。然而,为了保持直流母 线 最大 输出电压,忽略 零 矢量。因此,重新计算的占空比二也()()扇区中,开关在采 样周期内处于 导通 状态,处于调制状态。在采样周期内导通时间分别为义?;。由式(),()可推导出线电压心,其占空比分
7、别为足,。因为整流侧由两 个 完 全相同的整 流器组成,因此直流电压,公式为:()()()逆变侧输入直流电压为:表不同 电平对应的相开关状 态 电平通軌断断通通:断断断断通()由式()可得,;的最小值为:?()表总 结了个扇区分别对 应的角度,每组两个最大 线电压,以及有效 矢量的占空比表达式。型三电平间接矩阵变换器拓扑结 构和调 制 策略表整流侧有效矢量的占空比最近三矢量 法 扇区角度整流器开整流器开关导通关调制占空比(乂,两个最大线电压一?(,),(,)(知,(,(叫,?(,。(,)()(?,!(,)(?)逆变侧控制为生成所需的输出电压,逆变 侧 使用进行控制,参考电压 空间矢量为:(,)
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