基于开关损耗最小的矩阵变换器调制策略研究

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1、摘要矩阵变换器是一种先进拓扑结构的“全硅”功率变换器，它允许频率单级变换，无需大容量的贮能元件，而且输入电流、输出电压正弦，输入功率因数可达到0．99以上并可自由调节，能量可双向流动。论文简要介绍了矩阵变换器的数学基础、工作原理、电路组成及开关换流问题。在分析Venturini调制法、空间矢量调制法的基础上，引入了一种新的表示矩阵变换器开关状态的数学方法——占空比空间矢量法，提出了一种简单且直观的占空比矢量几何表示方法，得到一种新的基于占空比矢量法的调制策略。占空比矢量调制策略具有一般性，所有已知的调制策略都可作为其特例，简化了研究变换器调制策略的难度。深入分析占空比空间矢量调制策略后，

2、在保证矩阵变换器输入输出性能良好的前提下，提出了一种新的基于开关损耗最小的矩阵变换器调制策略，并详细阐述了开关状态选择原理及引入参数的计算方法。采用该调制策略可以将变换器一个周期开关换流次数由目前的八次减少到六次，有效地减少了由开关换流引起的开关损耗。仿真结果证实了该调制策略的正确性和可行性。论文最后采用美国德州仪器公司专门为电机控制所推出的TMS320F24X系列DSP作为矩阵变换器的控制器，完成了矩阵变换器控制系统软硬件设计。关键词矩阵变换器，占空比空间矢量，开关损耗最小，调制策略，仿真，DSPABSTRACTMatrixconverterisconsideredasall“alls

3、ilicon”powerconverterwithanadvancedcircuittopology．Itpermitsfrequencyconversioninasingle-stageprocessingwithoutlargereactiveenergystoragecomponents．Itdrawssinusoidalinputcurrentsandallowstheinputfundamentaldisplacementfactortobesetatunityorfreelyvariedregardlessoftheloadpowerfactor．Besidesthese，i

4、tiscapableofperformingfrequencyconversionwithsinusoidaloutputvoltagesandcurrentsatthedesiredoutputfrequencyandallowsbi—directionalpowerflow．Thepaperanalysesmathematicsfoundation．theprincipleofwork,theelectriccircuitcompositionandtheswitchingcommutationquestionofthematrixconverter．Thenanovelrepres

5、entationoftheswitchsateofathree-phasetothree-phasematrixconverter,basedonspace-vectornotation,isintroduced．Ausefulgeometricalrepresentationoftheduty—cyclespacevectorhasbeenpresented．AnovelmodulationstrategybasedonDCSVapproachisderived．neduty-cyclespacevectormodulationstrategyisuniversality,whichi

6、ncludesthealreadyestablishedmodulationstrategiesasparticularcases，reducedthedifficultyofstudytheconvertermodulationstrategy．Afterthethoroughanalysisduty-cyclespacevectormodulationstrategy,Ipresentsannovelmodulationstrategy,whichkeepsthematrixconverteronthegoodperformance，basedonthedetectionoftheo

7、utputcurrentsandreducedthenumberoftheswitchingcommutationto6ineachcycle，whichleadstoaeffectivereductionoftheconverterswitchingloss．Andexpatiatingprincipleofhowtochoosetheswitchingpatternandthemethodofcalculatingparamet