[實用新型]基于改進型雙電壓控制的矩陣式變換器控制裝置

有效

• 申請號: 200920054632.0
• 申請日: 2009-04-16
• 公開（公告）號: CN201403050Y
• 公開（公告）日: 2010-02-10
• 發明（設計）人: 楊蘋;鄭木桂
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H02M5/257
• 分類號: H02M5/257
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司
• 代理人: 何淑珍

技術領域

本實用新型屬于矩陣式變換器控制技術，具體涉及一種用于矩陣式變換器的改進型雙電壓控制裝置。

背景技術

矩陣式變換器是一種具有優良的輸入輸出特性的交交直接變換器，它具有傳統交直交變頻器無法比擬的優點：省去了中間的直流環節；輸出電壓低次諧波含量少；輸出頻率不受輸入頻率影響；能量可雙向流動，適用于交流電動機的四象限運行。

三相-三相矩陣式變換器因由9個雙向功率開關SaA、SaB、SaC、SbA、SbB、SbC、ScA、ScB、ScC呈矩陣狀排列組成而得名，三相輸入電壓為U_a、U_b和U_c，三相輸出電壓為U_A、U_B和U_C，其電路拓撲結構如圖1所示。其中，SaA為連接輸入a相與輸出A相的雙向功率開關，SaB連接輸入a相與輸出B相的雙向功率開關，其它開關可依此類推。從結構上看，矩陣變換器是一次變換器，除了為消除開關紋波而設的小型交流濾波器外，無須儲能單元。通過快速控制各個雙向功率開關管的開通與關斷，也即快速改變輸入相與輸出相的連接方式，能將給定的交流輸入直接轉換成不同電壓和不同頻率的交流輸出，并從電網中吸收正弦的輸入電流。

矩陣式變換器是一種直接變換器，它能實現能量的雙向傳遞，因此變換器中的開關器件在關斷狀態時承受的電壓可能是正向的也可能是反向的，同樣在導通狀態下，流過的電流既可能為正也可能為負，因此必須采用雙向開關。但是受制造工藝，成本等因素的限制，目前尚未出現成熟的雙向開關產品，因而只能采用單向開關(一般為IGBT或MOSFET)和二極管復合的方法來實現雙向開關。

圖2給出了采用共集電極反串聯型組合方式的雙向開關電路圖，這種雙向開關需要兩個功率開關和兩個二極管，具有分離元件少、可靠性高、電壓傳輸比損失較小等特點。每個功率開關、二極管均工作在二象限方式，易于對兩個方向分別控制，使電流可以雙向流動，實現輸入相和輸出相的直接電氣連接。采用適當的換流策略可以消除環流，便于解決四象限換流問題。對于三相一三相矩陣式變換器而言，以共集電極反串聯型作為雙向開關，共需18個功率開關和18個反串聯二極管，6個獨立的驅動電源。

矩陣式變換器的開關眾多，對開關管控制即調制則是實現其優良性能的關鍵。雙電壓瞬時值控制策略是由日本學者A.Ishiguro和T.Furuhashi最先提出，其調制機理是任一時刻輸出線電壓由兩個輸入線電壓合成，其主要特點是：當輸入電源不對稱或含有高次諧波時，控制函數可以自動修正而不需額外的計算量，因而非常有利于實時控制；電壓傳輸比較高；輸入電壓對稱時，輸入功率因數為1，電能利用率較高。

雙電壓控制策略屬于直接控制策略，其基本思想是當輸入電壓和輸出電壓處于某時間段內時，在每一個開關周期內，利用兩個輸入線電壓與一個零電壓向量的線性組合來合成兩個滿足三相對稱的輸出線電壓，在不同時刻使用不同的兩個線電壓，而對應的開關占空比與輸入輸出電壓的關系，稱之為控制函數。電壓合成方程如式(1)所示。