高頻矩陣整流器設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn) 電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)

1、第1章 緒論一課題背景一九七六年，B.Pelly與L.Gugi指出了矩陣變換器的觀念和思想，在那個(gè)時(shí)候試圖靠晶閘管以及外界強(qiáng)制轉(zhuǎn)換器電路來構(gòu)造和實(shí)行雙向開關(guān)，然而這一思想會(huì)增大轉(zhuǎn)換器設(shè)施的體積。一九七九年下半年,學(xué)者文圖里尼和阿萊西娜提出了一個(gè)矩陣變換器的控制策略可以實(shí)現(xiàn)矩陣變換器的任意相的輸入和輸出，這個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果讓矩陣變換器得到了長遠(yuǎn)的發(fā)展，控制策略在一定程度上簡(jiǎn)化了矩陣變變換器系統(tǒng)內(nèi)所含的諧波含量，但由于其電壓傳輸比小于0.5，其發(fā)展受到影響的各種限制條件。在20世紀(jì)80年代末和90年代初的時(shí)候，電力電子設(shè)備的價(jià)格正在接二連三的下降，而且開展了探究根據(jù)科技標(biāo)準(zhǔn)的持續(xù)改良以及微電子科技的進(jìn)展

2、，矩陣轉(zhuǎn)換器的探究亦開啟了在新的發(fā)展方向，調(diào)整戰(zhàn)略逐步開展，科學(xué)家相繼加入實(shí)驗(yàn)室建造了仿真的模型和實(shí)驗(yàn)設(shè)施。因?yàn)槲⑻幚砥鳎–PU）的處理速度一般情況下都很低，其運(yùn)作的頻率受限，電力電子器件的換流技術(shù)也沒有很齊全。人們研制出來的實(shí)驗(yàn)設(shè)施的輸出電壓的頻率基本較低，通常低于電網(wǎng)頻率。目前在電力改造中應(yīng)用廣泛設(shè)備內(nèi)的雙向開關(guān)由兩個(gè)單向開關(guān)組成，可以使瞬間陣列轉(zhuǎn)換器的輸出電壓頻率增加到輸入頻率的23倍。在過去的30年里，有很多專家學(xué)者對(duì)矩陣變換器的研究工作投入了大量的精力，并且獲得了大量成效良好的科研結(jié)果。現(xiàn)在，矩陣轉(zhuǎn)換器的極限的輸出功率最大值可為二十二千瓦或者更大，在MATLAB這一仿真軟件的基礎(chǔ)上，

3、在實(shí)驗(yàn)電路中應(yīng)用的大部分控制器TMS320C30、C40DSP、CPLD等。二零零二年，加拿大人Tom sun與張杰指出了y一個(gè)過調(diào)制方法，把這個(gè)調(diào)制方法使用在矩陣轉(zhuǎn)換器，能夠使電壓傳輸?shù)谋壤咏槐纫?。最近十幾年，大量科學(xué)家改良和探究過矩陣轉(zhuǎn)換器的幾類控制辦法，威斯康辛-麥迪遜大學(xué)的T.A.Lipo學(xué)者研究了輸入電壓不對(duì)稱時(shí)矩陣轉(zhuǎn)換器的控制策略；之后，學(xué)者V.P.Mordatch改進(jìn)了傳統(tǒng)的空間向量調(diào)制策略，提出如果在空間向量調(diào)制中省略零量，可以減少切換時(shí)間，提高輸入輸出的電壓增益；丹麥彼得尼爾森學(xué)者提出了改良維持矩陣轉(zhuǎn)換器的辦法。在對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)施的研發(fā)間，教授在一九九五年研發(fā)出兩千瓦功率的矩陣

4、轉(zhuǎn)換器TMS320E14是DSP控制器使用空間矢量調(diào)節(jié)，輸入的功率因數(shù)將近一，輸出的頻率范圍在零至一百六十七赫茲。二零零一年，清華大學(xué)的黃立培教授開始把矩陣轉(zhuǎn)換器運(yùn)用在性能非常高的交流變頻調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，憑借智能電源模塊，逆阻IGBT模塊以及單管IGBT模塊構(gòu)造了交叉矩陣轉(zhuǎn)換器的實(shí)驗(yàn)設(shè)施。二零零四年，日本的大川公司于市面上推介了矩陣轉(zhuǎn)換器實(shí)踐上的使用，容量達(dá)到5.522kW。2005年，英國的謝菲爾德大學(xué)中的一個(gè)研究隊(duì)伍研發(fā)了一類在無傳感器調(diào)控的基礎(chǔ)上的矩陣轉(zhuǎn)換器，將其運(yùn)用在海洋深處對(duì)車輛進(jìn)行控制。二零零六年IN，清華大學(xué)的莊新福教授使用了一類新的雙向開關(guān)RB-IGBT，從而使異步電機(jī)恒壓頻比控制

5、成為現(xiàn)實(shí)。上海大學(xué)研發(fā)出一類在SVM基礎(chǔ)上的矩陣轉(zhuǎn)換器，開關(guān)頻率輸出的最高值為八千赫茲，三千兩百零二千瓦，容量的綜合指數(shù)大部分滿足了國際先進(jìn)水平的要求?？偨Y(jié)以上內(nèi)容，在電力電子科技的不斷發(fā)展下，矩陣轉(zhuǎn)換器的性質(zhì)和功能在逐步增高，然而現(xiàn)在所擁有的投入實(shí)踐中使用的純熟的產(chǎn)物不多，仍然有一些需要處理的疑問。比如，調(diào)控策略相比來說比較復(fù)雜，計(jì)算工作量較大。這些問題在一定程度上阻礙了它的推廣和應(yīng)用。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的日新月異，電力電子技術(shù)不斷向前發(fā)展的趨勢(shì)，矩陣整流器已經(jīng)逐步變成現(xiàn)代電工技術(shù)中不可或缺和最具有影響力的一部分，得到大面積推廣及深入研究，整流技術(shù)是整個(gè)電力電子技術(shù)中應(yīng)用最為廣泛的技術(shù)之一，在

6、一項(xiàng)研究表明，整流技術(shù)的應(yīng)用在所有電力電子裝置中占百分之七十甚至更高，可見，整流裝置的應(yīng)用是十分廣泛的，他的大部分應(yīng)用在以下幾個(gè)方面：（1） 居民生活中，隨處可見到整流裝置的應(yīng)用，比如家中隨處可見的電器，它的供電都是經(jīng)過整流裝置的，比如在策劃開關(guān)的電源的時(shí)候：在各類電源直接，比如通信電源，不間斷電源（ups）以及通信電源等，它的設(shè)計(jì)一般把整流器當(dāng)做和電網(wǎng)聯(lián)結(jié)的主要模塊。（2） 在生產(chǎn)中的工業(yè)運(yùn)用，比如交流電機(jī)的金屬冶煉，調(diào)制速設(shè)施和電解電鍍等生產(chǎn)技術(shù)，這種直流電機(jī)的調(diào)控速度和從電網(wǎng)中得到直流電壓都必須經(jīng)過由整流器才能實(shí)現(xiàn)它的功能。（3）新能源的電能轉(zhuǎn)換，比如在由風(fēng)能以及太陽能構(gòu)成的并網(wǎng)的發(fā)電系

7、統(tǒng)當(dāng)中，整流器對(duì)于電能的變換有十分關(guān)鍵的功能，可以講電能高效率的輸入到電網(wǎng)中。于是，整流技術(shù)進(jìn)行更深層次的研究的意義非常重大。矩陣整流器的探究對(duì)摸索矩陣轉(zhuǎn)換器在實(shí)踐中當(dāng)中的運(yùn)用，把理想交直流轉(zhuǎn)換變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)均有十分重大的推進(jìn)功能。目前還沒有全面開展對(duì)這類整流器的探討，所以在研究的歷程當(dāng)中，一定會(huì)挖掘出更加深刻的使用和理論意義。2. 研究現(xiàn)狀1. 高頻矩陣整流器概述：高頻鏈?zhǔn)骄仃嚨恼髌鞯臉?gòu)造框圖如下圖1-1所示。憑借矩陣轉(zhuǎn)換器獲得的工頻交流，運(yùn)用高頻變壓器耦合來輸出，以非控制整流器獲得穩(wěn)固的直流電壓這個(gè)電路既能夠達(dá)到輸出特定的電壓范圍、小電流失真、正弦電流、單位功率因數(shù)，也能夠達(dá)到重量輕、成本低、

8、高頻、電隔離、體積小、噪聲低 還可以達(dá)到高功率密度低轉(zhuǎn)換系列。由于市場(chǎng)上沒有雙向可控的開關(guān)管，所以雙向開關(guān)由兩個(gè)常見的發(fā)射器IGBT反向系列組成。 圖1-1高頻鏈矩整流器結(jié)構(gòu)框圖2. 國內(nèi)研究現(xiàn)狀:高頻鏈矩陣整流器第一次是被學(xué)者馬尼亞斯S以及齊加斯指出的，把矩陣變換器和高頻鏈相連接，也被稱呼為隔離交流-直流矩陣變換器，如下圖1-3所示，矩陣變換器是虛擬整流器以及逆變器，三相交流電源整流形成虛擬直流電壓，虛擬直流電壓形成的高頻脈沖給逆變器，再被高頻變壓器耦合，可控整流失去控制之后，將會(huì)輸出直流電壓。 圖1-2高頻鏈矩陣整流器 圖1-3虛擬直流環(huán)我國的矩陣變換器的控制策略還是比較落后于國外，特別是

9、對(duì)于矩陣變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)矩陣整流器的控制策略，國內(nèi)研究的不是特別的廣泛，近年來，它逐漸成為一個(gè)熱門話題。上海交通大學(xué)的楊希軍教授在二零零六年指出了對(duì)電流空間矢量調(diào)制以及對(duì)開關(guān)函數(shù)的研究。主要在供電條件的平衡與否兩個(gè)不同方向驗(yàn)證了目前空間矢量調(diào)制的辦法以及開關(guān)函數(shù)的調(diào)制方法，而且驗(yàn)證了這兩類方法的一致性。華中科技大學(xué)的一名學(xué)者馮波學(xué)者探究而且驗(yàn)證了在空間矢量調(diào)制方法的基礎(chǔ)上的整流器可以憑借讓窄脈沖以及電流紋波變小以此增高輸入以及輸出的波形質(zhì)量。矩陣變整流器的換流策略亦是從矩陣變換器的換流策略推導(dǎo)出來的。換流策略需要兩個(gè)必要條件：（1）矩陣變換器的輸入接口驗(yàn)證了目前空間矢量調(diào)制辦法以及開關(guān)函數(shù)調(diào)制

10、辦法不能短路，相當(dāng)于電壓源。 （2）矩陣轉(zhuǎn)換器的輸出接口不能被破壞，并且相當(dāng)于電流源。 滿足了以上兩個(gè)條件的情況下才可以實(shí)現(xiàn)安全換流，現(xiàn)在大部分的換流策略劃分成下面幾個(gè)方面：電壓換流策略，混合換流策略，還有電流換流策略。 至一九九八年，上海大學(xué)陳伯時(shí)教授開發(fā)出矩轉(zhuǎn)換器實(shí)驗(yàn)設(shè)施。以單片機(jī)為控制器，運(yùn)用電流空間矢量調(diào)制(SVM)和四步換相法，在當(dāng)時(shí)處于世界領(lǐng)先地位。 同年，南京航空航天大學(xué)的學(xué)者提出了原點(diǎn)開關(guān)的思想，即虛擬電流矢量的合成更加規(guī)范，雙向開關(guān)的開閉更加準(zhǔn)確。 在21世紀(jì)，哈爾濱工業(yè)大學(xué)陳學(xué)云教授開創(chuàng)了矩陣變換器的等效電路。 它的思想是導(dǎo)出輸入電流、輸出電壓和功率因數(shù)的表達(dá)式。 現(xiàn)在，不

11、管是在開關(guān)損耗分析，還是在調(diào)制策略等方向，矩陣整流器都獲得了適當(dāng)程度的進(jìn)步。對(duì)以輸入側(cè)電壓為基礎(chǔ)的二線制電壓調(diào)制策略來說，能夠把單位功率因數(shù)以及輸入側(cè)電流正弦化為現(xiàn)實(shí)。雖然輸出電壓和調(diào)制指標(biāo)表現(xiàn)出線性相關(guān)的關(guān)系，然而卻有浪費(fèi)電路多等缺點(diǎn)。雙極電流空間矢量調(diào)制方法（B極電流空間矢量脈寬調(diào)制，B-C-SVM）為一種能夠適合高頻鏈矩陣整流器的新的調(diào)制辦法。這種辦法不僅擁有低輸出電壓/電流紋波等優(yōu)點(diǎn)，還有單位輸入功率因數(shù)，低開關(guān)消耗，正弦輸入電流等特性。目前，高頻鏈矩陣整流器的閉環(huán)控制策略通常采用PI控制，難以滿足系統(tǒng)控制的質(zhì)量要求。 目前國內(nèi)對(duì)于矩陣變換器的研究還是相對(duì)于國際研究水平存在一定差距，特

12、別是對(duì)于矩陣變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)矩陣整流器的研究相對(duì)較少。 矩陣整流器的研究在理論和工程應(yīng)用上都具有重要的價(jià)值。2國外研究現(xiàn)狀：一九七八年，有兩位學(xué)者Alesina與Venturini. M指出一種具有33結(jié)構(gòu)的矩陣變換器。 基于此，越來越多的學(xué)者開始研究矩陣變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，提出了四種新的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。 直到1990年代初，T.A.Lipo等人提出了結(jié)構(gòu)形式33的MR，以實(shí)現(xiàn)AC/DC的整流功能，從而也產(chǎn)生了矩陣整流器的雛形。L.Gyugyi和B.R.Pelly在1976年提出了一類靜態(tài)功率變頻器當(dāng)中的單相/三相變頻器橋接電路。運(yùn)用晶閘管反方向并聯(lián)的方式電路，是非隔離拓?fù)涞囊环N。B. R. Pelly

13、以及L. Gyugyi提出，可以憑借運(yùn)用合適的調(diào)制方法，使這個(gè)結(jié)構(gòu)的變換器能夠輸出變頻單相交流，這可以說是矩陣整流拓?fù)涞碾r形。矩陣整流器的控制方法就是從矩陣變換器的控制方法中推導(dǎo)出來的。矩陣轉(zhuǎn)換器的第一種控制方法是文丘里法，這是由Alesina提出的。 A和Venturini。 上世紀(jì)80年代初。 其思想是利用數(shù)學(xué)求解得到開關(guān)矩陣的表達(dá)式，控制開關(guān)矩陣。 一九九三年，D. Casadei指明了一類直接空間矢量的調(diào)制策略，該想法不是傳統(tǒng)的AC-DC-AC，卻是一步就能得到輸入電流以及輸出的電壓調(diào)制模塊。不可否認(rèn)的是，要是在這類調(diào)制方法當(dāng)中運(yùn)用了調(diào)制方法，盡管電壓傳輸?shù)谋壤?.866變成了0.9

14、，然而卻導(dǎo)致了諧波的數(shù)量更多，波形較差。一九七九年，意大利的研究者M(jìn).Venturini以及A.Alesina指出矩陣變換器存在的理論，該理論對(duì)于矩陣變換器的進(jìn)一步發(fā)展有很大意義。一九八五年，加拿大學(xué)者S.Manias以及P.D.Ziogas指出一類孤立拓?fù)?，而且在虛擬直流回路的想法的基礎(chǔ)上探究調(diào)制方法，它們叫做開關(guān)模式整流器。D.G.Holmes以及T.A.Lipo等學(xué)者，指明一類AC/DC的矩陣變換器，并于一九九二年演變了三相/三相矩陣變換器的拓?fù)錁?gòu)造。其中含有四類不同的模式：有雙端雙向，單端雙向，雙端單向，以及單端雙向AC/DC變換器。他們把非隔離矩陣整流拓?fù)浣凶隹煽卣髌?，然而?fù)載跟輸

15、入的功率兩者中缺少電氣來將其隔開。齊格勒等學(xué)者在90年代指出電壓換流舉措，是早些時(shí)候的電壓換流辦法 被叫做兩步換流法。辦法就是把三相輸入電壓分割成6個(gè)尺寸相同的扇形區(qū)域。以觀察每個(gè)扇形區(qū)域的三相輸入電壓的比值，連通對(duì)應(yīng)的雙向的開關(guān)，為了為負(fù)載提供連續(xù)流動(dòng)通道，無需知道輸出電流的方向，防止輸出側(cè)斷開。1985年，學(xué)者馬尼亞斯S和齊加斯PD首次提出了高頻鏈矩陣整流器，把高頻鏈和矩陣變換器連接在一起，被叫做孤立的AC-直流矩陣變換器。它的調(diào)制模式的基礎(chǔ)是虛擬直流回路的正弦脈寬調(diào)制（SPWM），其實(shí)也就是虛擬整流器與逆變器共同構(gòu)成了矩陣變換器。 3. 本文研究的目的與意義 以矩陣整流器與高頻隔離變壓器

16、為組件的高頻鏈矩陣整流器，一方面達(dá)到了負(fù)載和電源中的電氣隔離，另一方面，使變壓器的體積減小，質(zhì)量下降，并且擴(kuò)大了輸出的電壓區(qū)域，進(jìn)而加大了其使用區(qū)域。除了在高壓直流輸電有巨大的使用潛能，高頻矩陣整流器在風(fēng)力發(fā)電，以及開關(guān)電源等方向都有非?？捎^的使用潛能。 因?yàn)楦哳l鏈矩陣整流器能夠達(dá)到在比較廣的負(fù)載區(qū)域間單元功率因數(shù)與可協(xié)調(diào)功率因數(shù)的要求，并且不需要直流儲(chǔ)能這一個(gè)部分，也不需要母線電容，構(gòu)造非常緊密，雙向能流，能夠切實(shí)的實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行。擁有非常大的研究性和廣闊的市場(chǎng)。我們都知道，資源和我們的日常生活和進(jìn)一步發(fā)展有很大聯(lián)系。因?yàn)閷?duì)石油，天然氣以及煤炭這些不能夠再生的資源超負(fù)荷的挖掘與使用，并且使用

17、這些能源用于發(fā)電或者燃燒而導(dǎo)致的溫室效應(yīng)與環(huán)境污染，使資源與我們生存的環(huán)境都受到了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。由于風(fēng)能是一類既清潔安全，又十分經(jīng)濟(jì)，并且有效，還能夠再生的資源。所以風(fēng)能是有效開發(fā)對(duì)于我們的持續(xù)性的發(fā)展，以及減輕資源所受威脅，處理目前環(huán)境所面臨嚴(yán)峻的形勢(shì)意義重大。因而，各個(gè)國家都逐漸意識(shí)到了風(fēng)力發(fā)電的巨大優(yōu)勢(shì)。風(fēng)力發(fā)電用有許多良好的特性，比如對(duì)環(huán)境基本無影響，風(fēng)能十分充裕，機(jī)組年可以有效利用的小時(shí)數(shù)高等。并且與海的距離達(dá)到一定時(shí)大，風(fēng)速就非常大且平穩(wěn)，風(fēng)電場(chǎng)輸出的功率就很大且平穩(wěn)。就長距離運(yùn)輸來說，相比交流運(yùn)輸，HVDC運(yùn)輸?shù)慕?jīng)濟(jì)性，可靠性以及穩(wěn)定性都更優(yōu)越。海上風(fēng)電與HVDC輸電的結(jié)合是未來風(fēng)

18、電及其輸電技術(shù)的發(fā)展方向。在風(fēng)電系統(tǒng)中，高頻矩陣整流器直流電機(jī)組的輸出端口可由HVDC直接傳輸。該結(jié)構(gòu)降低了變壓器的體積，節(jié)省了母線的電容。同時(shí)完成無功有功獨(dú)立控制，實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能跟蹤，有利于電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行。高頻鏈?zhǔn)骄仃囌髌髯鳛橐环N新型的雙向充電拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，已經(jīng)在電動(dòng)汽車V2G技術(shù)的使用中被運(yùn)用過了。多方面思考電網(wǎng)的市面上的標(biāo)價(jià)及用戶對(duì)電的需求和網(wǎng)側(cè)的各項(xiàng)使用參數(shù)，加上電動(dòng)汽車的旅程安排，電池容量，運(yùn)作情況，達(dá)到V2G的使用功效。使用高頻矩陣整流器，可以達(dá)到能量的雙向的流動(dòng)，電量不夠的時(shí)候及時(shí)給電池充電，負(fù)載太大就把電供給電網(wǎng)。 在大電源以及通信電源組合成的系統(tǒng)當(dāng)中，能夠憑借純粹的控制來輸出恒定的

19、直流電壓，實(shí)現(xiàn)單位功率因數(shù)的輸入。 選擇可以調(diào)整的功率因數(shù)，能夠把高頻鏈矩陣整流器使用在電路功率因數(shù)校正。把三相單相交流和變頻變壓器以及單相交流矩陣變換器連接在一起，形成性能好的電力電子變壓器。雙級(jí)交流交流矩陣變換器可由電壓PWM逆變器構(gòu)成，能夠在交流驅(qū)動(dòng)調(diào)速等方面使用，增大交流器以及發(fā)電機(jī)的使用效率。各個(gè)國家的研究人員對(duì)高頻鏈矩陣整流器的探討研究大部分都在模擬實(shí)驗(yàn)以及理論分析這個(gè)時(shí)期。盡管還未投入實(shí)際生產(chǎn)，然而該科技的能夠?qū)崿F(xiàn)已經(jīng)被實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷某晒ιa(chǎn)所證明。研究的不斷千金 會(huì)讓高頻鏈矩陣整流器在市面上有非常大的使用潛能。本文研究的主要內(nèi)容該議題關(guān)鍵對(duì)探究了高頻鏈矩陣整流器的控制方法和仿真。該

20、論文第一部分闡述了高頻鏈矩陣整流器的運(yùn)作的原理及其拓?fù)錁?gòu)造，比較全面的討論了高頻鏈矩陣整流器的雙極電流空間矢量調(diào)制方法，指出一類新型的高頻鏈矩陣整流器兩步換流辦法。還有單相電流型高頻鏈矩陣整流器的PWM 調(diào)制方法以及 SVPWM調(diào)制方法，并且對(duì)于三相電流型高頻鏈矩陣整流器換相的相關(guān)疑惑提供了改良的SVPWM 調(diào)制方法，還對(duì)相關(guān)的工作原理進(jìn)行了說明。然后是d.q同步，在坐標(biāo)系下建立高頻鏈矩陣整流系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。在這個(gè)情況下 ，指出了高頻鏈矩陣整流器的閉環(huán)控制方法。這個(gè)控制系統(tǒng)不僅有輸出電壓/電流波紋不大，不存在靜差，輸入電流諧波含量不高等特性，還有功率因數(shù)高等優(yōu)點(diǎn)。在MATLAB基礎(chǔ)上，構(gòu)造了完

21、整的仿真的模型。得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了控制方法的高效以及準(zhǔn)確度。第二章 高頻鏈矩陣整流器的調(diào)制策略 2.1.1高頻鏈矩陣整流器的調(diào)制策略高頻率鏈矩陣整流器是由三相-相交流交流矩陣轉(zhuǎn)換器和單相整流電路組成。該調(diào)制方法的難點(diǎn)是三相-單相交流矩陣轉(zhuǎn)換器。三相-單相交流矩陣變換器是在高頻合成的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的。該調(diào)制方法包括在虛擬整流逆變器的基礎(chǔ)上的脈寬調(diào)制（PWM） 以及在絕對(duì)值邏輯基礎(chǔ)上的正弦脈沖寬調(diào)制（SPWM）。雙線電壓調(diào)制方法和雙極電流空間矢量調(diào)制方法。圖一雙向開關(guān)結(jié)構(gòu)2.2.2基于虛擬整流-逆變的PWM控制策略 三相-單相 AC/AC 矩陣變換器的化簡(jiǎn)后的結(jié)構(gòu)(包含6 個(gè)雙向開關(guān) SapScn)

22、如下圖2(a)，將這個(gè)虛擬成為整流-逆變兩級(jí)的構(gòu)造(整流級(jí)由 6 個(gè)單向開關(guān) S1S6構(gòu)成，逆變級(jí)由四個(gè)單向開關(guān) SW1SW4組成)，如下圖 2(b)， 就像常見的AC-DC-AC 變換器，由于現(xiàn)實(shí)生活中不存在直流鏈路，所以用 Upn 來虛擬。 圖2三相-單相AC/AC矩陣變換器的簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)與虛擬結(jié)構(gòu)對(duì)虛擬整流級(jí)使用的是空間矢量調(diào)制方法。于復(fù)平面上，用六個(gè)有效開關(guān)矢量(i1i6)作為邊緣組成六個(gè)不同的扇區(qū)，如下圖 4。 在這里的所有開關(guān)矢量括號(hào)當(dāng)中的兩個(gè)字母各自代表著跟輸出 p、n 極相連的輸入相。 把參考電流矢量 ii 位于扇區(qū)作為例子，由其所在的扇區(qū)相鄰的 兩個(gè)有效開關(guān)矢量 i1(ab)和

23、i2(ac)及零矢量 i0構(gòu)成，而且算出每個(gè)矢量相應(yīng)的占空比例 dab、dac、d0，在這之間 mc是虛擬整流級(jí)調(diào)制比而i 是參考電流矢量夾角。圖3六扇區(qū)的劃分及空間矢量合成2.2.3基于絕對(duì)值邏輯SPWM調(diào)制策略 在絕對(duì)值邏輯SPWM基礎(chǔ)上的調(diào)制方法，憑借拓?fù)浣鈽?gòu)，依靠輸入電壓的絕對(duì)值，穩(wěn)定SPWM實(shí)現(xiàn)調(diào)制從而獲得正負(fù)交流電壓。跟以虛擬整流逆變器作為基礎(chǔ)的PWM調(diào)制策略比較，硬件電路更容易達(dá)到要求，然而電壓利用率非常低。對(duì)三相-單相交流矩陣轉(zhuǎn)換器進(jìn)行拓?fù)浣鈽?gòu)，如圖5所示。紅色的部分為一個(gè)正向開關(guān)，經(jīng)過這個(gè)導(dǎo)通的合成正向電壓向上，通過傳導(dǎo)A負(fù)電壓Un?？梢酝ㄟ^打開藍(lán)負(fù)開關(guān)合成，得到正負(fù)交流輸出

24、電壓，把一個(gè)開關(guān)周期分成前后半部分循環(huán)，通過拓?fù)浣鈽?gòu)，控制負(fù)的開關(guān)，得到相應(yīng)的正負(fù)電壓。三相單相交流交流矩陣轉(zhuǎn)換器有輸入電壓向量ua、ub、uc絕對(duì)值的12區(qū)間平均值，所有區(qū)間各相絕對(duì)值平均值的次序都是一個(gè)常數(shù)值，如下圖6。在所有的開關(guān)周期中，把最大的那一個(gè)絕對(duì)平均值連接的開關(guān)接通，由二次開關(guān)連接的開關(guān)先接通，傳導(dǎo)后的最小的那一個(gè)相位連接到開關(guān)。在循環(huán)的前半段，合成前電壓，在循環(huán)的后半段，這是相反的電壓，最后，在高頻變壓器的兩端得到正負(fù)交流電壓。圖4三相-單相AC/AC矩陣變換器的拓?fù)浣鈽?gòu) 2.1 高頻鏈矩陣整流器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)高頻鏈矩陣整流器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)見圖3，它不僅包含了輸出LC 電路、輸入LC

25、濾波器、高頻變壓器，還包含有不可控全橋整流器、矩陣整流器、和負(fù)載。矩陣整流器包括有12個(gè)IGBT構(gòu)成的雙向開關(guān)。三相工頻交流電壓和正負(fù)交流電的直接轉(zhuǎn)換高頻信號(hào)。變換交流。常見的隔離整流器中的直流交流二流水平變換。進(jìn)而使轉(zhuǎn)換系列和開關(guān)的數(shù)量大大下降。變壓器T1電氣隔離，提高電壓水平，減少傳輸消耗。由于有高頻電力、變壓器、濾波器之類的配件的體積和重量均有所下降。二極管全橋式整流器，電壓較高變頻器的輸出被轉(zhuǎn)變成直流電源。 圖3高頻鏈矩陣整流器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖3顯示了高頻鏈矩陣整流器輸出電流的方向。輸出電流從P流向n的方向被指定為正方向。反之亦然負(fù)值：按下每個(gè)雙向開關(guān)中的單向開關(guān)的輸出值區(qū)分流動(dòng)的正和負(fù)方

26、向，如五孫鐘五，表示開關(guān)和表顯示并輸入一個(gè)已連接的數(shù)據(jù)。1表示上臂。當(dāng)涉及到表示法時(shí)橋臂還表明，一些單相開關(guān)同時(shí)開啟。輸出值為正數(shù)電流可以平穩(wěn)地流動(dòng)。高頻鏈?zhǔn)骄仃囖D(zhuǎn)換器的三個(gè)典型拓?fù)錁?gòu)造為圖4。拓?fù)?的組成有三相單相矩陣變換器組成高頻變壓器、單相橋式全控整流器電路、電壓源逆變器組成，如圖4（a.三相單相矩陣轉(zhuǎn)換器）包括12IGBT的六個(gè)雙向開關(guān)，用這個(gè)來達(dá)到三個(gè)交叉電流向正負(fù)交流高頻脈沖的變換的要求，單相高頻變壓器輸入和輸出之間的電氣隔離，增加了額定電壓?jiǎn)蜗鄻蚴饺卣髌麟娐穼?huì)出現(xiàn)高頻變壓器的輸出通過正負(fù)交流高頻脈沖轉(zhuǎn)換成直流電由六個(gè)IGBT組成的電壓源逆變器通常被使用采用傳統(tǒng)的電壓空間矢量

27、算法來實(shí)現(xiàn)直流交流轉(zhuǎn)換。 圖4 高頻鏈矩陣變換器的3種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖表在4(b)中所示的拓?fù)?與圖4(a)中的拓?fù)?相似，并且有所不同用二極管單相橋式不可控制整流電路更換單相橋全控制整流器電路降低了控制要求，但也限制了能量數(shù)量的雙向流動(dòng)。拓?fù)?消除了正交替和負(fù)交替的單相高頻脈沖到直流轉(zhuǎn)換鏈路，輸出階段使用了單相位單三相矩陣變換器直接正交交流單相高頻脈沖變成成三相交流電。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)3是雙極矩陣變換器的一般情況下擴(kuò)展的新型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)5|，如圖4(C)所示，高頻變壓器被添加到中間的直流鏈路中。在本文中，該電路被稱為高頻鏈雙極矩陣變換器。根據(jù)您的應(yīng)用程序，您可以選擇不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。有三種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是相似的它們

28、的控制也有一個(gè)共性：對(duì)于三個(gè)拓?fù)?，有三個(gè)階段單相矩陣變換器可以使用相同的控制策略進(jìn)行控制，如雙極性電流空間矢量調(diào)制；拓?fù)?和2電壓源逆變器輸送了一個(gè)具有正極性的PWM波，但是電壓源逆變器使用了常規(guī)的電壓空間矢量調(diào)制來達(dá)到所需要的控制的目的；高頻鏈雙極矩陣變換器輸出電平輸入是正負(fù)交替高頻脈沖，要采納運(yùn)用一類新型的控制方法。該論文對(duì)于高頻鏈雙極矩陣變換器的控制輸入電平的控制方法能夠使用到拓?fù)?和2。雙級(jí)矩陣變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖4-1所示。 圖4-1雙極矩陣變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和雙向開關(guān)圖傳統(tǒng)的矩陣變換器的拓?fù)錁?gòu)造如圖4-2所示。 與傳統(tǒng)矩陣變換器比較，兩級(jí)矩陣變換器的具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn):（1）整流級(jí)電路

29、中能夠?qū)崿F(xiàn)零電流切換； （2）在不一樣的約束情況中，雙極矩陣變換器使用的開關(guān)器件的數(shù)目能夠較靈活的增減； （3）擁有是單個(gè)快速恢復(fù)二極管以及電容串聯(lián)而成的簡(jiǎn)單集成保護(hù)電路。 圖4-2常規(guī)矩陣變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)傳統(tǒng)的矩陣變換器和雙極矩陣變換器一定要遵循下面兩條基本原則: （1）任何三相兩相輸入相電路都不可以短路，防止電源短路導(dǎo)致大的過電壓 流量；（2）三相輸出相電路中任何一相都不可以開路，防止電阻性負(fù)載突然開路導(dǎo)致大的過電壓。 2.1.2精簡(jiǎn)矩陣變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下圖五展示的則是由RMC、高頻變壓器，還有二級(jí)管全橋流器和LC電路所構(gòu)成的精簡(jiǎn)矩陣變換器。圖5精簡(jiǎn)矩陣變換器換流器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)拓?fù)渑c雙級(jí)矩陣

30、變換器的整流級(jí)相同，由1個(gè)（或個(gè) ）所結(jié)合起來形成的雙向開關(guān)組成 。由發(fā)電機(jī)所轉(zhuǎn)換出來的三相交電流被RMC變換成了正級(jí)電流和負(fù)級(jí)電流相互交合變換的高頻脈沖電，這就和固有的換流器里面的A-/正負(fù)兩級(jí)相互轉(zhuǎn)換是一樣的。所以要想降低正級(jí)負(fù)極轉(zhuǎn)換的級(jí)數(shù)還有控制開關(guān)的個(gè)數(shù)，我們就可以運(yùn)用RMC來達(dá)到效果。眾所周知，在進(jìn)行高頻電和濾波器，甚至是變壓器等零件傳送時(shí)，它們的質(zhì)量以及其所占空間大小的量都會(huì)因變壓器T1的使用而得到控制，而這些都得歸功于它能做到電流和空氣分離、提高電壓等級(jí)以及減少傳送過程中的磨耗的功能。要如何才能將這個(gè)高頻變壓器所傳達(dá)的高頻脈沖信號(hào)變化成直流電呢？二極管全橋 整流器在這個(gè)上面就做的

31、很成功。2.2 高頻鏈矩陣整流器的空間矢量調(diào)制 下圖表1則是根據(jù)上文中描述了的調(diào)整策略，從而從其復(fù)雜度、功率因數(shù)，還有抗干擾性和電壓利用率這些因素來進(jìn)行對(duì)比分析這些實(shí)踐是基于確保電路的運(yùn)作最重要的以及最大的阻攔因素是高頻鏈矩陣整流器的調(diào)制策略。 表 1 不同調(diào)制策略比較 調(diào)制策略 復(fù)雜度電壓利用率抗干擾性功率因數(shù)基于虛擬整流-逆變PWM 高高弱可調(diào)基于絕對(duì)值邏輯的SPWM低低弱可調(diào)雙線電壓低高強(qiáng)不可調(diào)雙極性電流空間矢量中高中可調(diào)我們不難表1中看出，在實(shí)驗(yàn)中將輸入的電流增大，高頻鏈矩陣整流器L的變壓器所能測(cè)出的電感也會(huì)相應(yīng)上升，此時(shí)就可以檢測(cè)出整流器中所輸出的名為NIDC恒定(DC為RMC輸出電

32、流脈沖的振幅)的電流，也可以由此判定其中的整流陣整流器L的變壓器所能測(cè)出的電感也會(huì)相應(yīng)上升，此時(shí)就可以檢測(cè)出整流器中所輸出的名為NIDC恒定(IDC為RMC輸出電流脈沖的振幅)的電流，也可以由此判定其中的整流器確定為電流高頻鏈矩陣整流器，擁有電流響應(yīng)速度快，磨耗度不大的特質(zhì)。矩陣整流器輸出直流鏈路電流為正負(fù)交流高頻脈沖，如圖2所示，合成參考輸入相電流矢量需要五個(gè)空間向量，五個(gè)空間向量是相鄰參考相電流所在扇區(qū)的兩個(gè)基本矢量，兩個(gè)基本向量與零向量相反，由于矩陣整流器輸出端的正負(fù)極性，因此調(diào)制方法稱為雙極電流空間矢量調(diào)制（B-C-SVM）。為何有了雙極電流空間矢量調(diào)制（B-C-SVM）這一名字呢？主

33、要是因?yàn)樵诰匦握髌髦兴鶄鞒龅碾娏魇蔷哂姓?jí)負(fù)極的性質(zhì)，詳細(xì)的來講就是像圖2所表現(xiàn)的一般，只有擁有了四個(gè)以上六個(gè)以下的空間向量時(shí)，合成線路中才會(huì)運(yùn)用相電流矢量，而這些空間向量為距離最近的相電流位于的弧形區(qū)間的和零向量完全不同的基本矢量，這樣整流器最終才能傳達(dá)出來的是正負(fù)交流高頻脈沖。以上的調(diào)制策略大概是通過了下面的幾點(diǎn)來進(jìn)行提高：1) 首先是增加了電壓使用率以及調(diào)制的范圍對(duì)于計(jì)算方法的影響，減少計(jì)算方法繁雜程度。要想電流壓強(qiáng)的傳達(dá)比例能夠等于或者大于1，以此來極大程度增加電壓的使用次數(shù)，則要運(yùn)用正負(fù)極電流空間矢量調(diào)制提高的計(jì)算方法。2) 其次為了確保非對(duì)稱輸入和傳輸過程中的信號(hào)偏差等問題出現(xiàn)時(shí)

34、仍然不變，故增加了此計(jì)算方法的抵制影響因素的技術(shù)。還因此對(duì)不穩(wěn)定的電流壓強(qiáng)在集成以及SPWM耦合調(diào)制策略計(jì)算方法下做到完全抵制的能力進(jìn)行了測(cè)驗(yàn)。3) 再次還通過降低元件開關(guān)的磨耗，處理電壓通過的最高值等問題，來加快運(yùn)作的速度。為了控制電壓，控制零電壓級(jí)的效果，還運(yùn)用了混合脈寬這種方法。4)最后，對(duì)各種元件等都進(jìn)行了改進(jìn)。不僅降低了交流側(cè)諧波的結(jié)果偏差率、降低了阻礙并短路交流信號(hào)的濾波器的大小;還降低了直流的輸出電壓和其濾波器的所占空間大小。圖1RMC換流器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖2輸入相電流矢量扇區(qū)分布和合成圖和一個(gè)周期中的前二分之一相逆，則是后二分之一的周期能得到電流矢量而去借鑒矢量的正負(fù)極性。從式子(

35、4)中分析得出，只有當(dāng)兩個(gè)相關(guān)量所得到的數(shù)值為固定的值時(shí)，才能達(dá)到后半部分周期組合所要的電流借鑒矢量的通電時(shí)間所占總時(shí)間的比例和前一部分是完全相同的，因?yàn)榻M合傳達(dá)電流的空間矢量的通電時(shí)間占總時(shí)間的比例和它的角度c以及電流調(diào)制度mc相關(guān)性極高，從而得出了式子d2= d1和d2= d1，還有d02= d01。這個(gè)時(shí)候，我們就可以看出MR的下半個(gè)周期所傳達(dá)的電流是與前一部分完完全全的正負(fù)分級(jí)，為DC。 圖3矩陣整流器的矢量合成時(shí)間、順序和輸出電流 通過有條理、有規(guī)劃的制定每個(gè)矢量的電流通過時(shí)間，就能將改動(dòng)電流時(shí)電阻開關(guān)的次數(shù)減少到最低，來減少其磨損程度。把區(qū)域S2作為例子，就能清楚看出，換流器的拓?fù)?/p>

36、結(jié)構(gòu)圖中，與開關(guān)有關(guān)的因素，包括其傳達(dá)的電流，每個(gè)矢量組合所需要的時(shí)間和先后次序就像圖三所展示出來的，其實(shí)所有的開關(guān)中，在更換電流時(shí)，其中開放、閉合的狀態(tài)只有兩個(gè)改變了，而這極大程度上是將其磨損程度減少了。2.2.1雙極性電流空間矢量調(diào)制原理圖5顯示了矩陣整流器輸入相位電流的向量扇區(qū)圖。傳統(tǒng)的PWM整流器的輸出直流電極特性保持不變。只是常規(guī)空間向量調(diào)制方法。也就是說，使用兩個(gè)相鄰的該部門的基本向量用零向量合成的所需的輸入電流向量。M的輸出是正負(fù)交流高頻電。因此。矩陣整流器的空間向量調(diào)制方法和而傳統(tǒng)的方法則有所不同。它與緊鄰可借鑒輸入相位電流存在的區(qū)域的基本量（這個(gè)可以用來幫矩陣整流器傳達(dá)正極電

37、流，以此來保證整流器中的極性電流的高頻電流的運(yùn)動(dòng)頻率達(dá)到平均值），極最終會(huì)由正負(fù)兩級(jí)不同的基本向量（這是用來傳達(dá)電流-Im的）以及五個(gè)零矢量因整流器傳達(dá)出來的極性向量組合傳達(dá)成為相電流呈現(xiàn)出來陰性質(zhì)。從而，才有了才有了雙極性電流空間矢量調(diào)制策略子名。圖5矩陣整流器輸入相電流空間矢量分部和合成下圖則是圖5。從圖中扇區(qū)1不難得出，從三相電源中流過每相負(fù)載的電流傳入的幾個(gè)基本向量（表達(dá)為Iab、Iac和Iba以及Icb和Iaa）需要借鑒傳入的相量來組合。這時(shí)，整流器還要在PWM這一周期中傳達(dá)出電流。方法如下：在前半段，當(dāng)基本向量起作用時(shí)，產(chǎn)生輸出電流，輸出電流為正。輸出電流為零Iout=Im。零向量

38、可以工作。當(dāng)基本向量的極性與上半部 2.2.2輸入級(jí)的雙極性電流空間矢量可以把高頻雙級(jí)矩陣變換器的三相傳入電壓假設(shè)為以下式子 因而調(diào)制出來的三相借鑒的傳入相電流是在上面的式子當(dāng)中：Wi是電流傳入的角頻率；Uim、Iim分別是其中所需輸入相電壓和相電流幅值；i則是輸入相電壓和可供借鑒的輸入相電流相位之差。高頻鏈雙極矩陣轉(zhuǎn)換器硬性的要求的輸入到電平的電流是不能短路的，輸出是有相應(yīng)的限制性的，有且只有9個(gè)放開，閉合的組合形式，則表明了兩個(gè)橋臂之中的互向開關(guān)閥門只有一種傳導(dǎo)狀態(tài)。這些狀態(tài)由空間電壓器表示，無論是輸入線電壓還是基于輸出電壓的輸入水平電壓都分為兩類：6個(gè)非零電壓A。（輸出電壓輸入）人線電壓

39、）和30矢量Z；（輸出電壓為零電壓）。 2.2.3 輸出級(jí)的雙極性電流空間矢量調(diào)制 為了滿足開關(guān)的最小數(shù)量和高頻鏈原理，不能將矩陣轉(zhuǎn)換器的電平輸出給中斷了，高頻鏈矩陣轉(zhuǎn)換器雖然輸出階段有八個(gè)開關(guān)組成，相當(dāng)于每個(gè)橋臂的可開可關(guān)開關(guān)都擁有一個(gè)，卻只有一個(gè)是打開的，每一個(gè)開關(guān)的系統(tǒng)狀態(tài)還運(yùn)用了一個(gè)空間向量來表示出來，總歸是劃分為了兩個(gè)類別:為20矢量z）其輸出的電流全是屬于輸出線的電流與6個(gè)非零的向量A.）其輸出的電流屬于零電流。A和Z由橋臂的雙向開關(guān)控制其工作狀態(tài)的穩(wěn)定程度。圖6闡述的是高頻鏈矩陣變換器的輸入級(jí)輸出的電壓、矢量的合成時(shí)間和輸出級(jí)的輸出電流以及其順序 固有的電壓PWM固定了傳入直流電

40、壓正負(fù)極性質(zhì)的大小，用本身需要的傳出的電壓矢量組合運(yùn)用兩個(gè)相臨近的基本矢量零矢量，這就是所謂的固有的電壓空間矢量的調(diào)整控制方法。那么高頻鏈矩轉(zhuǎn)換器傳出的過程為什么需要和輸出的階段達(dá)到協(xié)調(diào)一致呢？那是因?yàn)樗鼈鞒龅腜WM電壓、輸出的電平輸出和個(gè)直流電壓對(duì)應(yīng)的所有電流得流向的矢量石油正負(fù)之分的。舉個(gè)例子，圖中的第一個(gè)扇區(qū)當(dāng)中的PWM的周期中的輸入級(jí)與輸出級(jí)不是在同一個(gè)時(shí)間發(fā)生的，其中包括了Uiab、Uica和Uiac，甚至還有Uiba，就像圖三表示的那樣。綜上所述我們就可以了解到，高頻鏈矩陣轉(zhuǎn)換器的傳出時(shí)段與空間矢量調(diào)制方法以及固有的辦法是及其不同的。這個(gè)由最基本的輸出線來靠近一個(gè)以上基本矢量電流以

41、及電壓與兩個(gè)正負(fù)兩級(jí)不相同的基本矢量（傳入負(fù)的直流電壓的），和零矢量，包括五矢量的事物叫做組合輸出電壓。因?yàn)楦哳l鏈矩陣轉(zhuǎn)換器的輸出輸入電壓的極性是正負(fù)都有的。所以人們就把這個(gè)調(diào)制策略叫做雙極電壓空間矢量調(diào)制策略(一般簡(jiǎn)寫B(tài)-V-SVM)。就像圖7所展示的，將扇區(qū)1作為例子，合成的輸出電壓有U6、U1、U3以及U4、U0，要想合成這個(gè)就需要運(yùn)用到Uab，在運(yùn)用輸出二級(jí)直流電壓Uac來向其輸入電壓基本向量U6U1與U0，再輸入級(jí)處輸出兩次負(fù)二級(jí)電流電壓的時(shí)后，基本向量就在進(jìn)行所謂的空間調(diào)制，輸出零矢量，圖7(b)所示。 圖7 輸出線電壓空間矢量分布和合成2.2.4電流型精簡(jiǎn)矩陣變換器的雙極性空間矢

42、量調(diào)制策略電流型 換流器的擁有良好的保護(hù)技能、不高的損耗和電壓變換率以及迅速的電流響應(yīng)速度等好的地方，這就是它超越電壓型 換流器的原因。就像圖7中能看到的，當(dāng)換流器里變壓器二次側(cè)輸出電感 達(dá)到一定的值時(shí)，那么換流器的輸出電 流 就能夠達(dá)到一個(gè)固定的數(shù)值（表達(dá)的是變壓器的匝數(shù)比，則就是輸出電流脈的沖波幅大小），此時(shí)，與此同時(shí)，換流器就轉(zhuǎn)化成為了電流型 換流器。 原有的電流型變換器（就是所說的電流型脈寬調(diào)制（）整流器 等）它們輸出的直流電流的正負(fù)性是不會(huì)變得，所以我們只要能夠采用常規(guī)空間矢量調(diào)制方法，就是運(yùn)用扇區(qū)的兩個(gè)臨近的基本矢量和零矢量來組合我們所需的輸入電流矢量，而這就是圖表現(xiàn)出來的輸入的相

43、電流空間矢量的扇區(qū)圖。但是由于電流型 輸出的是正負(fù)交變了的高頻脈沖電，所以，我們可以知道電流型 的空間 矢量調(diào)制法和我們常規(guī)運(yùn)用的常規(guī)法是由很大的不同的。這個(gè)調(diào)制方法是參考輸入了相電流其在的扇區(qū)相鄰的個(gè)基本矢量（就是用作輸出正脈沖電流）以及與之正負(fù)性相反的個(gè)基本矢量（就是用作來輸出負(fù)脈的沖電流）還有零矢量（一共就有個(gè)矢量）來組成輸入相電流，然而因?yàn)殡娏餍?的輸出極性是具有正負(fù)之分的，所以就把這個(gè)調(diào)制策略叫做 策 略。如圖7所示，以 扇區(qū)為例，可由Ia，和共個(gè)基本矢量 來合成參考輸入相電流。 圖7中：，一起組成了這個(gè)基本的矢量；就是扇區(qū)號(hào)表示；，和與他們合成任意的一個(gè)參輸入相電流矢量都可以成為

44、這個(gè)任意一個(gè)扇區(qū)的一個(gè)基本矢量；稱之為參考輸入相電流矢量和兩之間的一個(gè)夾角；和，以及他們分別都可以作為，對(duì)應(yīng)的占空比。2.3 高頻鏈矩陣整流器的換流策略換流是指將電流從一個(gè)分支傳輸?shù)搅硪粋€(gè)分支的過程。換流的安全性決定它是否可以正常工作，也是測(cè)量換流損失（電壓幅下降、電流失真、相移、噪聲、轉(zhuǎn)矩波紋）的重要依據(jù)，也是測(cè)量換流損失的重要依據(jù)。約束條件是輸出線連續(xù)的，輸入線電壓不短路。與傳統(tǒng)的矩陣變換器一樣，高頻鏈矩陣整流器可以采用死區(qū)變換器、重疊變換器、輔助諧振變換器、二步變換器和四步變換器。由于前三種換流策略不安全或不實(shí)用，兩步換流和四步換流更為常用。2.3.1兩步換流要是需要在一個(gè)要通過的雙向開

45、關(guān)里面，打開通過這一個(gè)不得不打開的開關(guān)，但是另外的單方面的，這個(gè)就是Svensson.T當(dāng)時(shí)作為最早提出人的一個(gè)名叫兩步換流策略。在一些情況中，兩輸入相間需要進(jìn)行必要換流的時(shí)候，在必要開通的雙向開關(guān)中只打開不得不打開的單向開關(guān)，但是也要保證其他的一個(gè)單向的開關(guān)是在關(guān)閉了的狀態(tài)，最后將上一個(gè)是打開狀態(tài)的雙向開關(guān)里面沒有打開的單向開關(guān)關(guān)死。 就運(yùn)用雙向開關(guān)，此處運(yùn)用圖2(a)中的結(jié)構(gòu)來作為例子，以此來對(duì)這次換流運(yùn)用做出 說明即可，此處可以依據(jù)圖5。表示 Sbp+和 Sbn+導(dǎo)通了的電壓就是ubb+； 表示 Sap+和 Sbn+導(dǎo)通了的電壓就是uab+。用來表示 Sap+與 Scn+ 導(dǎo)通了的電壓則

46、是uac+。詳細(xì)的過程在下面列舉了出來：1）從 ubb+換流換到 uab+程序如下。 首先使動(dòng) Sap+，因?yàn)檩斎氲南嚯妷簽?uaub，所以電流就自然而然的換流到 Sap+。 將 Sbp+關(guān)閉，這個(gè)時(shí)候的電流就已經(jīng)轉(zhuǎn)換換流到了 Sap+，因此Sbp+就已經(jīng)達(dá)到了間接關(guān)斷。 2）將 uab+換流到 uac+過程。 首先就是導(dǎo)動(dòng) Scn+，在輸入相電壓 ubuc之后，就可以將電流自然而然的轉(zhuǎn)換換流到Scn+，不然的話它還是會(huì)從 Sbn+流過，相當(dāng)于是沒有效果的。 將 Sbn+徹底關(guān)斷，要是得到的結(jié)果是 ubuc，那么就表明這個(gè)電流已經(jīng)換流至到了Scn+了，從而Sbn+就達(dá)到了間接關(guān)斷，要不然電流就

47、會(huì)被迫換流到 Scn+。 以上的兩個(gè)換流策略，基本上二分之一是達(dá)到了軟關(guān)斷的，與此同時(shí)也有另外的二分之一的紀(jì)律是自然的順應(yīng)換流的，所以的話這種換流又有了半軟兩步換流與半自然兩步換流這一稱呼。除此之外，要想把這個(gè)直接簡(jiǎn)單化為一部換流策略，那么就可以通過把開關(guān)關(guān)斷的時(shí)間延長至遙遠(yuǎn)的超過開關(guān)的導(dǎo)通時(shí)間，然后將開關(guān)導(dǎo)通與關(guān)斷結(jié)合成為一步。2.3.2四步換流將每一次換流達(dá)到一次是零電流并且零電壓的關(guān)斷以及有一次是零電流的導(dǎo)通，這就是N.Burany 他所提出的四步換流，而這個(gè)是完全屬于半軟開關(guān)的換流。要是和兩步換流作比較的話，它在所有的要導(dǎo)通 的雙向開關(guān)流程中，它只用導(dǎo)通不得不導(dǎo)通的一些單向開關(guān)，但是卻

48、不用導(dǎo)通另外的單向開關(guān)；四步換流策略只要在要導(dǎo)通的雙向開關(guān)里面，這些雙向開關(guān)的 2個(gè)開關(guān)都是會(huì)被導(dǎo)通。接下來是我對(duì)導(dǎo)流過程的詳細(xì)舉例子說明。 Sap+和Sap- 以及 San+、San-全部導(dǎo)通了的電壓被表示為uaa 。uab就是表示了 Sap+和Sap-以及 Sbn+、 Sbn-都導(dǎo)通了的電壓。具體的從 uaa換流到 uab 的經(jīng)過如下所述： 1）將 Sbn-給開通之后，得到的結(jié)果就是uaub，那就是這次換流是沒有電源短路的基本危險(xiǎn)的。 2）關(guān)閉了 San-之后，這個(gè)時(shí)候的 Sbn-已經(jīng)開通了，因此不管變壓器的初級(jí)電流是不是與我們參考的方向就是一樣的了，它都已經(jīng)擁有了此次實(shí)踐的電流的基本流通

49、的路線。 3）打開了Sbn+之后，這個(gè)時(shí)候的 San-是已經(jīng)被關(guān)斷了的，完全杜絕了電源側(cè)短路的危險(xiǎn)了。 4）在San+關(guān)閉了之后，換流就已經(jīng)結(jié)束，換流策略的選擇會(huì)完全的被高頻鏈矩陣整流器的任何一個(gè)調(diào)制策略給打擾到。電流與電壓換流就是由我們經(jīng)常運(yùn)用的兩步與四步換流就可以所分割的。由于電流型變流器其本身的成本是比較高的，所以變流器的可行性通常被繁瑣的檢測(cè)電路所改變。由于電壓換流的基本所需要的成本是比較低的，所以它能夠被允許在負(fù)載較輕和沒有負(fù)載的情況下運(yùn)作的，但是在電壓已經(jīng)閉合了的時(shí)候，換流所需要的技術(shù)一般要求到時(shí)比較高的。這一次的經(jīng)過敘述不僅將以功率磨損為基本的換流策略進(jìn)行了比較，還仔細(xì)的解說了這

50、四步換流策略的詳細(xì)過程。討論了換流延時(shí)引起的波形失真情況，還主張出了換流會(huì)出現(xiàn)的延長實(shí)踐的可能性的可行性方案。已經(jīng)提出了的兩步換流策略基本達(dá)到了功率所需要的密度和可行性的最中優(yōu)化?？偠灾?，對(duì)于高可靠性、低損耗以及低成本的安全換流模式的鉆研會(huì)直接作用于高頻鏈?zhǔn)骄仃囌髌鞯纳虡I(yè)化過程。 圖8里面展示的是矩陣整流器輸出的電壓波形以及各基本矢量作用時(shí)間和順序在每個(gè)開關(guān)周期內(nèi)高頻鏈矩陣整流器的詳細(xì)內(nèi)容。由圖可知，Vtbl+和Vtb2+所導(dǎo)通的電壓僅僅只有這個(gè)Ubb+可以表示出來； 而Uab+則只是對(duì)于VTal+以及VTb2+所能導(dǎo)通的電壓的展示；VTal+ 和Vte2+所導(dǎo)通的電壓是被Uac+來展示出

51、來的；而Uaa+也僅僅知識(shí)表明了VTal+和VTal2+導(dǎo)通的電壓；另外的也可以依照這些推論出來。 圖8高頻鏈矩陣整流器的輸出電壓、矢量合成時(shí)間和順序 開關(guān)和一步組合要大得多，因此進(jìn)一步簡(jiǎn)化為一步換流策略。一種新的兩步換流策略直接計(jì)算了數(shù)字雙極空間矢量調(diào)制策略的方向，消除了附加的電壓/電流硬件檢測(cè)電路，并通過數(shù)字信號(hào)處理器提高了換流策略的可靠性。降低成本，判斷情況不難，適合整個(gè)流量間隔。同時(shí)，通過合理地分配每個(gè)向量的動(dòng)作時(shí)間，可以確保每個(gè)向量只需要兩個(gè)單向開關(guān)。無需輔助開關(guān)即可完成安全交換。因此，新的兩步轉(zhuǎn)換策略減少了轉(zhuǎn)換步驟。實(shí)現(xiàn)了減少開關(guān)動(dòng)作次數(shù)、開關(guān)時(shí)間和開關(guān)損耗的目的。2.4 本章小結(jié)

52、 通過以上的探討，由于高頻鏈矩陣整流器的裝置在極大的承受范圍內(nèi)還能夠滿足單位的功率因數(shù)，不僅僅節(jié)約了整個(gè)結(jié)構(gòu)總線的容量，使其達(dá)到結(jié)構(gòu)緊密的效果，還能夠電流雙向流動(dòng)，滿足實(shí)際中的四限運(yùn)行，這個(gè)石油特別大的深究深度和運(yùn)用的未來景象的。高頻鏈矩陣矩器是一種體積較小、轉(zhuǎn)換條件系列低、重量輕、以及可倚靠性較高的一種新類型的型電子轉(zhuǎn)換器。這一個(gè)章節(jié)不僅深度研究了頂學(xué)電路與雙極空間矢量之間的調(diào)制策略，還表明在借鑒輸入電流矢量的預(yù)測(cè)和控制算法的根本上，設(shè)立了如今高頻鏈矩陣的一個(gè)校正系統(tǒng)模型。這個(gè)預(yù)測(cè)算法擁有了對(duì)比度小和開關(guān)頻率固定以及實(shí)踐出結(jié)果的效率高的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了高頻鏈矩陣的正因子、單位功率因數(shù)和直流輸入電

53、流。第3章 高頻鏈矩陣整流器的控制策略3.1高頻鏈矩陣整流器的控制方法 間接電流控制與直接電流控制是構(gòu)成高頻鏈矩陣整流器網(wǎng)側(cè)電流控制策略的基本要素。直接電流不僅控制性能很優(yōu)良，而且他的電流還能夠超快的跟上定值隨時(shí)的改變，者對(duì)于主回路的參數(shù)的穩(wěn)健性極好。間接電流控制適合用在控制靈敏度要求比較低的地方，應(yīng)為它不容易受到主電路參數(shù)變化的影響，但是它實(shí)施起來相當(dāng)?shù)暮?jiǎn)單。這個(gè)文章是用圖1（a）來作為例子進(jìn)行詳細(xì)說明的。3.1.2間接電流控制 要想的到一個(gè)電流的一個(gè)已經(jīng)給定了的值I*，就需要把輸出電壓給定的值Uo*和檢測(cè)值Uo之間做對(duì)比。最后再對(duì)這個(gè)電流檢測(cè)值I和在就給了定值的I*兩個(gè)一起做了比較之后，就

54、可以從PI控制器里面得到了和其他要素相互對(duì)應(yīng)的一個(gè)調(diào)制比m。最后的最后可以極好的得到和脈沖觸發(fā)信號(hào)相對(duì)應(yīng)的東西由此就可以達(dá)到對(duì)于輸出電壓的控制，就和圖10 展示的一般。電流流控制的實(shí)質(zhì)是對(duì)網(wǎng)絡(luò)電流實(shí)現(xiàn)無接觸的掌控，但是呢這個(gè)辦法就是比較容易被主電路的參數(shù)影響，如果低諧波的含量有極大幅度的上漲，那就就會(huì)極大的影響到網(wǎng)絡(luò)側(cè)電流，最后展示形式可能就是維穩(wěn)性差還有動(dòng)態(tài)性能變化大等。但是在類似于感應(yīng)加熱之類的工業(yè)范圍，通過簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單的直流控制特性和網(wǎng)側(cè)單元功率因數(shù)來操控其做出改變，就已經(jīng)可以達(dá)到該工程的基本需要了。圖10間接電流控制框圖3.1.2直接電流控制 像圖11當(dāng)中的直流電是運(yùn)用的雙閉環(huán)控制，外環(huán)就

55、是采用的另一種方式，直流電控制，這些方法都是為了對(duì)已經(jīng)給定了的輸出電壓Uo*與Uo進(jìn)行對(duì)比，以此來達(dá)到低紋波直流電壓穩(wěn)定控制的效果，當(dāng)然，其中還是采用了調(diào)整控制器以此得出d軸電流（有功電流）的給定值isd*。在它作為一個(gè)單位功率因數(shù)的時(shí)候，q軸出的定值是q*=0。通過PI控制器弄出dq軸電流的給定值和檢驗(yàn)它和isd、isq值之間差的值的大小，以此形成脈沖觸發(fā)信號(hào)，來叨叨對(duì)電路的控制。這就相當(dāng)于是間接隊(duì)電流進(jìn)行控制，而且的話直流電流的掌控還使內(nèi)環(huán)電流能夠迅速的趕上給定值產(chǎn)生的變化。圖11直接電流控制框圖直流控制具備較好掌控能力，而且的話電流反應(yīng)迅速對(duì)主電路的參數(shù)具有很好的穩(wěn)健性。應(yīng)為對(duì)檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)側(cè)電流的需求時(shí)常是特別高的，所以對(duì)于這方面的掌控就會(huì)顯得更加繁雜、珍貴，所以這個(gè)一般是比較適合裝備主動(dòng)性高且無功率獨(dú)立控制的高精度使用。3.1 數(shù)學(xué)模型3.2 無源控制器的設(shè)計(jì)3.2.1電流內(nèi)環(huán)無源控制器的設(shè)計(jì) 確定該這個(gè)系統(tǒng)所希望的平衡點(diǎn)是什么直流電壓是已經(jīng)被給定電壓DCR和uDCR 3Um（Um為相電壓幅值）的，因而在其三相電壓型PWM整流器系統(tǒng)穩(wěn)健運(yùn)作之時(shí)，所被希望的功率因數(shù)1。將dq坐標(biāo)系里的d軸和電網(wǎng)電動(dòng)勢(shì)的矢量 Udq重合，那么就能得出電網(wǎng)電動(dòng)勢(shì)矢量q軸分量uq = 0。則可以為此設(shè)計(jì)提供較好的方便。所以設(shè)期望穩(wěn)定平衡點(diǎn)是 x*1 = i*d x*2 = i*q =