【導(dǎo)讀】接著介紹了直接傳遞函數(shù)法調(diào)制策略，并對其開關(guān)矩陣進行。了嚴(yán)密的數(shù)學(xué)推導(dǎo)。數(shù)法得到的開關(guān)矩陣在合成輸入電流時出現(xiàn)的問題。最后，就仿真中出現(xiàn)。的問題予以分析，并對直接傳遞函數(shù)法調(diào)制策略進行了展望。

　　

【正文】 1 5 1 0505101520 b) 25of Hz? 時三相輸出電流 西安理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 29 0 0 . 0 1 0 . 0 2 0 . 0 3 0 . 0 4 0 . 0 5 0 . 0 6 0 . 0 7 0 . 0 8 0 . 0 9 0 . 1 1 5 1 05051015 c) 100of Hz? 時三相輸出電流 圖 4 2 三相輸出電流 從圖中可以看出， 圖 4 2a)輸出電流的周期 ? ，即頻率5f Hz? ，并且三相輸出電流各相差 120o ； 圖 4 2b)輸出電流的周期? ，即頻率 25f Hz? ，并且三相輸出電流各相差 120o ； 圖 4 2c)輸出電流的周期 ? ，即頻率 100f Hz? ，并且三相輸出電流各相差120o 。 當(dāng) 25of Hz? 時，對 A 相輸出電流進行 FFT 變換，得到 圖 4 3 趙丹：基于直接傳遞函數(shù)的矩陣變換器仿真 30 0 0 . 0 2 0 . 0 4 0 . 0 6 0 . 0 8 0 . 1 0 . 1 2 1 0010S e l e c t e d s i g n a l : 3 c y c l e s . F F T w i n d o w ( i n r e d ) : 1 c y c l e sT i m e ( s )0 5 10 15 20 25 30 35 4000 . 20 . 40 . 60 . 8H a r m o n i c o r d e rF u n d a m e n t a l ( 2 5 H z ) = 1 5 . 2 6 , T H D = 2 . 4 4 %Mag (% of Fundamental) 圖 4 3 A 相輸出電流的 FFT 分析 圖 4 3 中上邊圖藍(lán)色部分為 A 相的輸出電流，紅色部分為采樣部分；下邊圖藍(lán)色部分為 25of Hz? 時諧波的頻率及其幅值， 25of Hz? 的總諧波含量 THD=%。 綜上，直接傳遞函數(shù)法調(diào)制策略在矩陣變換器中是適用的，并且可以得到很好的輸出電壓、電流波形，總諧波畸變率 THD 也并不大。 輸入電流的波形圖 利用 ()的公式合成三相輸出電流， 如 圖 4 4。 西安理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 31 2 0020 2 00200 0 . 0 2 0 . 0 4 0 . 0 6 0 . 0 8 0 . 1 0 . 1 2 2 0020 圖 4 4 三相輸入電流 從圖中可以看出，某一項輸入電流由輸出電流乘以 ()Mt的某一行得到。由于直接傳遞函數(shù)法的調(diào)制策略是以合成 任意頻率、任意幅值的 輸出電壓為目的， 再根據(jù)矩陣式變換器安全運行的兩個基本原則，所以要求合成某相 輸出 電壓的 ()Mt的某一列有且只有一個開關(guān)管導(dǎo)通。而某一相輸如電流又等于輸出電流與 ()Mt的某一行的乘積。在合成輸出電壓的 某一時刻 ()Mt的某一行可能會有不止一個開關(guān)管導(dǎo)通，從而導(dǎo)致 輸入 電流的 b 項 出現(xiàn)較大的 偏差。這也是直接傳遞函數(shù)法的弊端。 THD 與 輸出頻率 的關(guān)系 THD，即輸出波形的總諧波含量。總諧波含量 THD 的大小就代表輸出波形的質(zhì)量好壞， THD 越小說明輸出波形越好，反之則說明輸出波形越差。本文在設(shè)定采樣周期 數(shù) number of cycles 為 1 的前提下，通過對輸出電流 a趙丹：基于直接傳遞函數(shù)的矩陣變換器仿真 32 相 進行快速傅里葉變 換，觀察 其在 不同的輸出頻率 0f 下 THD 的大小，得到如 圖 4 5： 10 20 30 40 50 60 70 80 90 10002468101214 圖 4 5 不同輸出頻率 0f 時的 THD 從圖中可以看到，隨著輸出頻率 0f 的增大，總諧波畸變率 THD 會呈線性增大， 但即使當(dāng) 100of Hz? 時 ，總諧波畸變率 %THD? ，總諧波畸變率 THD 并不算很大，如果繼續(xù)增大輸出頻率，總諧波畸變率也會隨之增大。 這就提醒我們，直接傳遞函數(shù)法調(diào)制策略變頻并不適用于高頻，不過 ，在低頻時這種 調(diào)制 方法可以得到很好的輸出電壓、輸出電流。 開關(guān)頻率與 THD 的關(guān)系 開關(guān)頻率，即 IGBT 每秒完全導(dǎo)通 、關(guān)斷的次數(shù)。開關(guān)頻率越高，一個周期內(nèi)脈沖數(shù)越多， IGBT 的開關(guān)損耗越大，對整個系統(tǒng)的要求也會越高，但是輸出電流的波形的會變好 。 本文在固定輸出頻率 0 25f Hz? 的條件下 ，分別 在 開關(guān)頻率為 5kHz、 10kHz、 20kHz、 25kHz 的情況下對輸出電流 a 相進行 FFT 分析，觀察 總諧波畸變率 THD 的大小，得到如 圖 4 6： 西安理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 33 10 20 30 40 50 60 70 80 90 10002468101214 圖 4 6 不同開關(guān)頻率下 THD 的大小 從圖中可以看到，開關(guān)頻率為 5kHz 時，對輸出電流 進行快速傅里葉變換 FFT 分析后 總諧波畸變率 THD 的值 相對較大，而當(dāng)開關(guān)頻率在 10kHz 以及大于 10kHz 時， 相同輸出頻率 0f 時 輸出電流的 總諧波畸變率 THD 基本不變。我們知道，開關(guān)頻率增大，開關(guān)管的開關(guān)損耗會增大， 功率模塊發(fā)熱增加， 有可能燒壞管子 。而我們可以看到， 利用直接傳遞函數(shù)法的調(diào)制策略 時 ，只需要開關(guān)頻率達(dá)到 10kHz 就可以得到很好的輸出電壓、輸出電流 ，并減少噪音影響 。 趙丹：基于直接傳遞函數(shù)的矩陣變換器仿真 34 第 5 章 總結(jié)與展望 總結(jié) 本文針對矩陣變換器 的直接傳遞函數(shù)法控制策略進行 了驗證，分別對矩陣變換器的輸出電壓、輸出電流、總諧波畸變率 THD，以及 THD 與采樣圈數(shù)和 輸出頻率的關(guān)系進行了深入探討。 １ .系統(tǒng)的研究了矩陣變換器的工作原理和直接傳遞函數(shù)策略。對矩陣變換器的雙向開關(guān)構(gòu)成和換流策略進行了詳述，并通 過嚴(yán)密的數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)出調(diào)制矩陣 ()Mt的表達(dá)式。 ２ .基于Ｍ atlab 仿真軟件，我們搭建了矩陣式變換器直接傳遞函數(shù)策略的仿真模型，仿真實驗結(jié)果驗證的輸出電壓的頻率可調(diào)的正確性。 ３ .對仿真結(jié)果的輸出電流進行了研究，結(jié)果證明直接傳遞函數(shù)調(diào)制策略 要求的開關(guān)頻率低，以及總諧波畸變率 THD 低等問題。 當(dāng)然，在本文的仿真過程中，我們也 發(fā)現(xiàn)了一些直接傳遞函數(shù)法的弊端。 １ .在 節(jié)中，我們發(fā)現(xiàn)由于直接傳遞函數(shù)法只考慮合成輸出電 壓 而忽略了輸入電流與調(diào)制矩陣 ()Mt的關(guān)系，導(dǎo)致輸入電流Ｂ相出現(xiàn)較大偏差。 ２ .在 節(jié)中，通 過 圖 4 5 可以發(fā)現(xiàn)，輸出頻率 of 越大， THD 增大的幅度越大。 ３ .仿真中我們發(fā)現(xiàn)，隨著采樣周期數(shù)的增加，輸出電流的總諧波畸變率會越來越小， 這說明輸出電流的在起始段的總諧波畸變率比較大，而隨著時間的推移，輸出電流的諧波含量會越來越少，輸出電流波形會越來越好。我們在 給定輸出頻率 0 25f Hz? 的條件下，逐漸增多采樣周期數(shù)，觀察THD 與采樣周期數(shù)的關(guān)系，得到如 圖 5 1： 西安理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 35 1 2 3 4 5 6 7 800 . 511 . 522 . 5 圖 5 1 采樣周期數(shù)與 THD 的關(guān)系 ４ .在仿真結(jié)果中我們發(fā)現(xiàn)： 輸出頻率 0f 較大時，輸出電流、電壓的 波形、相位依然符合正弦以及相差 120o 的要求，但是輸出電流、輸出電壓的幅值會 明顯 減小。給定輸出頻率 0 1000f Hz? ，觀察輸出電流電壓，如 圖 5 2和 圖 5 3 所示： 0 . 1 1 8 2 0 . 1 1 8 4 0 . 1 1 8 6 0 . 1 1 8 8 0 . 1 1 9 0 . 1 1 9 2 0 . 1 1 9 4 0 . 1 1 9 6 0 . 1 1 9 8 0 . 1 221012 圖 5 2 輸出頻率 0 1000f Hz? 時三相輸出電流 趙丹：基于直接傳遞函數(shù)的矩陣變換器仿真 36 0 0 . 0 2 0 . 0 4 0 . 0 6 0 . 0 8 0 . 1 0 . 1 2 4 0 0 3 0 0 2 0 0 1 0 00100200300400 圖 5 3 輸出頻率 0 1000f Hz? 時ａ相輸出電壓及其濾波后波形 ５ .由于輸入電流是通過輸出電流和調(diào)制矩陣 ()Mt合成的，而如果要觀察輸入電流和輸入電壓的相位差，進而得到功率因數(shù)則必須要對輸入電流進行濾波?，F(xiàn)實中，對輸入電流的濾波模型和濾波參數(shù)的確定是一項比較大的工程，由于時間限制， 我們還不能再短時間內(nèi)得到一個能很好的對輸入電流進行濾波的模型，這還有待于進一步的研究。 展望 由于時間以及本人能力的限制，矩陣式變換器的直接傳遞函數(shù)調(diào)制策略只是停留在初步驗證和了解的過程中，下一步的研究工作可以從５ .１節(jié)提出的５個問題方面進行展開，解決上面的５個問題對進一步了解矩陣式變換器的直接傳遞函數(shù)調(diào)制策略將會有很大的幫助。 西安理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 37 致謝 參考文獻 【１】 孫凱，周大寧，梅楊 .矩陣式變換器技術(shù)及其應(yīng)用 [M].機械出版社，20xx 【２】 李生民，邢新波，魯靜 .矩陣變換器新型 SVPWM 調(diào)制策略的研究仿真 [J].電氣傳動， 20xx,41（ 6）： 3539 【３】 ,. 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