[发明专利]采用幅值系数的矩阵变换器状态空间调制方法

说明书

  

   采用幅值系数的矩阵变换器状态空间调制方法涉及一种矩阵变换器状态空间调制控制算法，采用幅值系数提高矩阵变换器的输出精度和系统效率。

矩阵变换器一般采用状态空间调制算法，在α-β域下以空间矢量的形式表示输入、输出状态。通过分析输入、输出矢量的瞬时位置，选择适当的开关状态合成空间矢量（其中18个非零开关状态用以合成目标矢量，零序状态填充冗余时间，以保证调制信号的周期性）。 

由于矩阵变换器为AC-AC直接变换器，合成目标矢量所需的18个非零开关状态在α-β域下具有如下特点： 

·         在状态空间矢量图中具有固定相角位置；

·         其幅值以正弦变化规律；

传统的矩阵变换器状态空间矢量调制算法没有考虑各个开关状态的瞬态特性，而是以非零开关状态的平均值代替瞬态幅值，用于占空比计算，其方程如下：

采用幅值系数的矩阵变换器状态空间调制方法引入了幅值系数，在占空比计算中考虑每个开关状态的瞬态特性，并把全部非零状态的瞬态特性与状态空间矢量图、状态空间调制次序表相结合，给出相对应的幅值系数列表，以方便应用。

以开关状态+1为例，计算方法如下： 

如定义三相输入为（假定三相输入平衡，ω_it表示输入频率）：

将输入方程代入幅值系数方程，可得：

当电流空间矢量位于扇区I的时候，有如下关系：

故而幅值系数的变换范围满足以下条件：

 同理可推知其它18个非零状态的变换规律如下：

通过仿真验证算法，给定仿真条件如下：

输入100V/50Hz；

输出40V/25Hz和80V/100Hz；

调制深度：40% 和80%；

负载条件：1mH+1Ω每相；

采样频率：1、2、5、10 、20 kHz。

仿真结果： 

采用幅值系数的矩阵变换器状态空间调制方法优点：通过仿真结果，证明了采用幅值系数在系统采样频率较低时依然可以将偏差限定在较小的范围内。因此，采用此发明可有效地提高系统输出精度，改善调制算法，在工业应用中（特别是需要高精度控制的应用领域：如高性能变频、高精度电机调速等）有重要意义。

附图说明

图1是本发明的占空比计算公式图； 

图2是本发明的开关状态+1幅值计算方法图； 

图3是本发明的三相输入电压定义图； 

图4是本发明的开关状态+1的幅值系数方程图； 

图5是本发明的矢量位于扇区1关系表达式图； 

图6是本发明的开关状态+1的幅值变化范围图； 

图7是本发明的18个非零状态幅值系数结果列表图； 

图8是本发明的仿真结果图； 

图9是本发明的电压向量空间矢量图； 

图10是本发明的电流向量空间矢量图。