[发明专利]用于矩阵式变换器的改进型双电压控制方法及其装置

说明书

技术领域

本发明属于矩阵式变换器控制技术，具体涉及一种用于矩阵式变换器的改进型双电压控制方法及其装置。

背景技术

矩阵式变换器是一种具有优良的输入输出特性的交交直接变换器，它具有传统交直交变频器无法比拟的优点：省去了中间的直流环节；输出电压低次谐波含量少；输出频率不受输入频率影响；能量可双向流动，适用于交流电动机的四象限运行。

三相-三相矩阵式变换器因由9个双向功率开关SaA、SaB、SaC、SbA、SbB、SbC、ScA、ScB、ScC呈矩阵状排列组成而得名，三相输入电压为U_a、U_b和U_c，三相输出电压为U_A、U_B和U_C，其电路拓扑结构如图1所示。其中，SaA为连接输入a相与输出A相的双向功率开关，SaB连接输入a相与输出B相的双向功率开关，其它开关可依此类推。从结构上看，矩阵变换器是一次变换器，除了为消除开关纹波而设的小型交流滤波器外，无须储能单元。通过快速控制各个双向功率开关管的开通与关断，也即快速改变输入相与输出相的连接方式，能将给定的交流输入直接转换成不同电压和不同频率的交流输出，并从电网中吸收正弦的输入电流。

矩阵式变换器是一种直接变换器，它能实现能量的双向传递，因此变换器中的开关器件在关断状态时承受的电压可能是正向的也可能是反向的，同样在导通状态下，流过的电流既可能为正也可能为负，因此必须采用双向开关。但是受制造工艺，成本等因素的限制，目前尚未出现成熟的双向开关产品，因而只能采用单向开关(一般为IGBT或MOSFET)和二极管复合的方法来实现双向开关。

图2给出了采用共集电极反串联型组合方式的双向开关电路图，这种双向开关需要两个功率开关和两个二极管，具有分离元件少、可靠性高、电压传输比损失较小等特点。每个功率开关、二极管均工作在二象限方式，易于对两个方向分别控制，使电流可以双向流动，实现输入相和输出相的直接电气连接。采用适当的换流策略可以消除环流，便于解决四象限换流问题。对于三相一三相矩阵式变换器而言，以共集电极反串联型作为双向开关，共需18个功率开关和18个反串联二极管，6个独立的驱动电源。

矩阵式变换器的开关众多，对开关管控制即调制则是实现其优良性能的关键。双电压瞬时值控制策略是由日本学者A.Ishiguro和T.Furuhashi最先提出，其调制机理是任一时刻输出线电压由两个输入线电压合成，其主要特点是：当输入电源不对称或含有高次谐波时，控制函数可以自动修正而不需额外的计算量，因而非常有利于实时控制；电压传输比较高；输入电压对称时，输入功率因数为1，电能利用率较高。

双电压控制策略属于直接控制策略，其基本思想是当输入电压和输出电压处于某时间段内时，在每一个开关周期内，利用两个输入线电压与一个零电压向量的线性组合来合成两个满足三相对称的输出线电压，在不同时刻使用不同的两个线电压，而对应的开关占空比与输入输出电压的关系，称之为控制函数。电压合成方程如式(1)所示。