基于直接傳遞函數(shù)法控制的矩陣變換器建模與仿真畢業(yè)設(shè)計(jì)論文(編輯修改稿)
2025-07-24 20:30 本頁面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 二步，開通，如果，負(fù)載電流將立刻從轉(zhuǎn)移到，換流發(fā)生在第二步，反之，如果，則負(fù)載電流仍將流過，換流將發(fā)生在第三步；第三步，再開通前先關(guān)斷，此時(shí)負(fù)載電流一定已轉(zhuǎn)移到；第四步，開通。此時(shí)，雙向開關(guān)換流到的動(dòng)作完成。當(dāng)輸出電流方向信號(hào)為0時(shí)，可采用相同的方法分析出每一步應(yīng)采取的換流動(dòng)作。圖 2 3基于輸出電流方向的雙向開關(guān)四步換流策略a)連接至同一相輸出的兩個(gè)雙向開關(guān)b)時(shí)的換流步驟 c)時(shí)的換流步驟在實(shí)現(xiàn)四步換流策略的過程中，檢測(cè)矩陣式變換器輸出電流方向的方法主要有以下三種：1）采用霍爾傳感器或者電流互感器等電流測(cè)量元件：優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單方便，容易實(shí)現(xiàn)，但缺點(diǎn)是在電流值較小時(shí)容易出現(xiàn)測(cè)量誤差；2）在主電路輸出線上串聯(lián)一對(duì)反并聯(lián)的二極管：有點(diǎn)事檢測(cè)結(jié)果比較準(zhǔn)確，會(huì)使變換器的功率損耗增大，可靠性降低；3）檢測(cè)RBIGBT上管壓降：優(yōu)點(diǎn)是檢測(cè)結(jié)果非常準(zhǔn)確，但需對(duì)18個(gè)RBIGBT均安裝管壓降檢測(cè)電路，并增添邏輯電路，以判斷實(shí)際電流方向，因而電路復(fù)雜，成本較高。目前，在矩陣式變換器的開發(fā)過程中，檢測(cè)輸出電流方向一般采用方法1或者方法3。對(duì)于四步換流策略，在換流過程中，應(yīng)鎖存獲取的輸出電流方向信息，以避免換流步驟出錯(cuò)。當(dāng)然，也有很多其他換流方法，這里不再贅述。為了產(chǎn)生出需要的輸出電壓，就需要給九個(gè)雙向開關(guān)產(chǎn)生合適的觸發(fā)脈沖，調(diào)制就是這樣一個(gè)過程。調(diào)制最主要的目標(biāo)是從一個(gè)固定幅值、固定頻率的的輸入電壓中產(chǎn)生出一個(gè)幅值和頻率都可變的正弦輸出電壓。最簡(jiǎn)單的方法就是考慮在一個(gè)時(shí)間窗口里，以期望的輸出電壓作為樣本，而用輸入電壓瞬時(shí)值來合成一個(gè)信號(hào)，該信號(hào)的低頻部分是期望的輸出電壓。如果定于是開關(guān)閉合的時(shí)間，為樣本間隔（即時(shí)間窗口的寬度），則上述的合成原理可以用下式來表示： 是第項(xiàng)輸出的低頻部分，并且它在每個(gè)采樣間隔都會(huì)變化。這種策略會(huì)產(chǎn)生高頻輸出電壓，但電壓的基波分量還是期望的輸出波形。顯然， ，因此占空比可以通過下面的方式定義： 把方程延伸到輸出的每一項(xiàng)，加上，就可以得到如下的等式： 其中，是輸出電壓矢量的低頻部分，是輸入電壓矢量的瞬時(shí)值，是MC的低頻傳遞函數(shù)矩陣。同理,電流可以表示為： 其中，是輸入電流矢量的低頻部分，是輸出電流矢量的瞬時(shí)值，是的轉(zhuǎn)置。 方程和是Venturini調(diào)制方法的基礎(chǔ)，并且我們可以得到如下結(jié)論：輸出電壓的低頻部分是由輸入電壓的瞬時(shí)值合成的；輸入電流的瞬時(shí)值是由輸出電流的瞬時(shí)值合成的。假定三相輸入相電壓為 由于輸出負(fù)載電流的低通特性是正弦的，所以三相輸出電流為 假設(shè)希望得到的輸入電流為 希望得到的輸出電壓為 下面的有功功率平衡方程必須滿足 其中，和是輸出和輸入的有功功率，是MC的電壓增益。由此可以求得一組解，即低頻調(diào)制矩陣為： 式中各變量滿足對(duì)MC的控制策略作如下的假設(shè)：（1）必須獲得輸入電壓和希望的輸出電壓的采樣值。（2）利用式，矩陣一定可以計(jì)算出來。（3）利用式，可以得到導(dǎo)通時(shí)間。（4）根據(jù)所示的第相輸出，在期間必須產(chǎn)生9個(gè)脈沖。應(yīng)該注意到這和開關(guān)函數(shù)的產(chǎn)生是一致的。（5）必須用開關(guān)函數(shù)來控制MC的雙向開關(guān)在合適的情況下導(dǎo)通或者關(guān)斷。圖 2 4 第i相輸出的開關(guān)函數(shù) 在圖 2 4 第i相輸出的開關(guān)函數(shù)中，開關(guān)（采樣）時(shí)間，工作時(shí)間。變量r是一個(gè)斜率為1的斜坡函數(shù)，在每個(gè)采樣間隔的起始處從零開始。此變量r與相比較產(chǎn)生 的導(dǎo)通脈沖，其中 ， ， ，即由此得到調(diào)制矩陣 的各元素值。根據(jù)這樣的調(diào)制策略我們可以得到圖 3 1的輸出電壓。圖中只表示了參考電壓下的一項(xiàng)輸出電壓；可以理解為:由于切換合成原理，輸出電壓具有一個(gè)很重要的諧波分量。圖 3 2是圖 3 1的具體化，它很清晰地說明了輸出電壓是用輸入電壓的瞬態(tài)平均值合成的；在一個(gè)切換間隔內(nèi)，即圖中的周期T內(nèi)，輸出電壓在三相輸入電壓之間切換，在這個(gè)時(shí)間內(nèi)，施加在輸出端的那一相輸入電壓決定它對(duì)輸出電壓低頻部分的貢獻(xiàn)。圖 3 1 A相輸出電壓 在圖 3 1中，細(xì)線代表輸入電壓的a,b,c三相，灰線代表各相開關(guān)閉合的時(shí)間,由式可以得到 ，粗實(shí)線代表合成的輸出電壓A相。圖 3 2 一個(gè)周期內(nèi)合成A相輸出電壓 優(yōu)化AV法應(yīng)注意的是，由于平均工作的的原理，輸出電壓的低頻部分不能超過任意時(shí)刻振幅的最大值。該基準(zhǔn)可以在任意時(shí)刻達(dá)到它的最大值，比如說，,最壞的情況下的最大幅值為。為了提高電壓傳輸比。這種方法即“優(yōu)化AV方法”。此種方法得以應(yīng)用是基于變換器自身所固有的性質(zhì)：（1）感性負(fù)載的情況下，輸入矩陣變換器中的電流除含有與輸入電壓同頻率的成分外，只含有與開關(guān)頻率相同或者開關(guān)頻率整數(shù)倍的諧波成分，而不含其他任何成分的諧波。并且，輸出電壓中除含有與輸出電流相同頻率外，也只含有與開關(guān)頻率相同或者開關(guān)頻率整數(shù)倍的諧波成分，而不含其他任何成分的諧波。（2）矩陣式變換器輸入電源的頻率和相位對(duì)輸出電流的頻率和相位不會(huì)有直接關(guān)聯(lián)。以三相－三相矩陣式變換器為例，將輸出線電壓作為被控目標(biāo)，在三相輸出電壓中疊加共模電壓，即三相輸出電壓為 通過選擇適當(dāng)?shù)?，使輸出電壓幅值最大化，但必須滿足 式中，表示輸入電壓下限；表示輸出電壓下限；表示輸出電壓上限；表示輸入電壓上限。因此，最大輸出電壓只能在以下條件下得到： 結(jié)合實(shí)際的三相平衡電壓波形，可以推導(dǎo)出 %這一固有特性，并將結(jié)論推廣到ｎ相輸入、ｍ相輸出系統(tǒng)中，根據(jù)式可以得到 然后，通過數(shù)學(xué)分析，得到三相－三相矩陣式變換器達(dá)到最大輸出電壓幅值時(shí)的輸出三相電壓參考波形。由于三相平衡電壓的幅值最大值和最小值組成的包絡(luò)線上下峰值出現(xiàn)的時(shí)刻不重合，因此如果輸出相電壓參考值為三相平衡電壓，不含共模成分，則如果如上分析，最大電壓利用率只能達(dá)到５０％。研究發(fā)現(xiàn)，在輸出相電壓參考值中，引入輸入電壓的３次諧波可以最大化輸入線電壓范圍，引入輸出電壓的３次諧波可以最小化輸出線電壓范圍，從而提高最大電壓利用率至理論最大值。因此通過數(shù)學(xué)計(jì)算，引入輸入輸出電壓的３次諧波，確定了一組適當(dāng)?shù)妮敵鱿嚯妷簠⒖贾等缦拢? %，而且實(shí)現(xiàn)了輸入功率因數(shù)的任意調(diào)節(jié)。此方法是AV方法的一個(gè)改進(jìn)，其實(shí)質(zhì)仍然是一種直接計(jì)算的方法，因此該方法同樣存在計(jì)算量較大、軟件編程復(fù)雜、要求有較高性能的處理器等問題。第3章 直接傳遞函數(shù)法的Matlab仿真 M
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