用Boost電路提高交直交矩陣變換器電壓傳輸比的研究.pdf

1、目前，對矩陣變換器的研究主要集中于改進其調(diào)制策略和提高變換器調(diào)速系統(tǒng)的性能領(lǐng)域，如輸入不平衡抑制、降低開關(guān)損耗、提高系統(tǒng)穩(wěn)定性、將矩陣變換器應(yīng)用于矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制的異步電動機傳動系統(tǒng)等問題的研究。對于如何將矩陣變換器的電壓傳輸比提升至0.866以上這一具有較強工程應(yīng)用意義的課題，相關(guān)的研究成果報道較少。迄今為止，國內(nèi)外學(xué)者對于提高電壓傳輸比的研究主要集中在控制策略方面，其結(jié)果是當電壓傳輸比大于0.866時，輸出電壓的諧波含量大大增

2、加。
　　 本文以交-直-交矩陣式變換器為基礎(chǔ)，以提高矩陣變換器電壓傳輸比為重點，提出了一種新的電力變換器—Boost矩陣變換器（Boost Matrix Converter）。將Boost電路引入矩陣變換器的電路拓撲中，利用其在高頻脈沖狀態(tài)下的升壓能力，達到提高矩陣變換器的電壓傳輸比的目的。并針對Boost直流斬波電路與矩陣式變換器兩者的不同特性，設(shè)計了一種改進的直流升壓拓撲電路結(jié)構(gòu)，以保證BoostMC具有能量可雙向傳輸這一

3、優(yōu)點，推導(dǎo)了理論上的可行性。
　　 根據(jù)不同的應(yīng)用場合，從其拓撲電路的演變出發(fā)，研究了多種拓撲電路形式的BoostMC型矩陣變換器及其特點，給出了適合其運行方式的兩種換流策略，并重點介紹了改進后的直流零電流換流策略，結(jié)合直流零電流換流法，提出了單位功率因數(shù)的PWM整流和空間矢量調(diào)制的逆變控制策略。
　　 將BoostMC等效分解為整流電路、升壓電路和逆變電路三個部分并進行了諧波分析，將其整流側(cè)開關(guān)函數(shù)傅立葉分解為低頻分量

4、和高頻分量，并分析開關(guān)函數(shù)高頻分量與BoostMC器輸入電流高頻分量的關(guān)系。從關(guān)系中可知BoostMC輸入電流高頻諧波分量與開關(guān)采樣頻率成反比。因此適當提高開關(guān)采樣頻率可以抑制輸入電流諧波。
　　 給出了升壓電路電感電流 次諧波振幅的函數(shù)表達式。諧波分析表明：隨著升壓電路輸出側(cè)穩(wěn)壓電容 容量的不同，基波和諧波的幅值隨之變化，較小的電容值有助于諧波含量的抑制，然而從穩(wěn)定輸出電壓的角度考慮，容量較大的C更為有利。因此，對升壓電路電容

5、C的取值必須權(quán)衡利弊加以選擇。
　　 BoostMC輸出電壓諧波一部分是自身信號產(chǎn)生的，一部分是調(diào)制策略帶來的。提高開關(guān)采樣頻率，把輸出電壓諧波成分主要集中在高頻段，選用適當?shù)牡屯V波器將濾除輸出電壓中的高頻分量。
　　 建立了基于MATLAB/SIMULINK的BoostMC仿真模型；研究了主電路和數(shù)字控制系統(tǒng)的實現(xiàn)技術(shù)，制作了以DSP2812控制器為控制核心的BoostMC型矩陣變換器的硬件實驗平臺；按照模塊化原則用

6、C語言編寫了軟件程序，提出了對三相輸入電壓進行相位跟蹤和補償?shù)姆椒?，提高了控制精度，并實現(xiàn)了整流、升壓和逆變?nèi)糠蛛娐返耐娇刂啤?br>　　 仿真和實驗結(jié)果表明：在保持原有優(yōu)良輸入輸出性能的基礎(chǔ)上，BoostMC理論上有非常高的電壓傳輸比。此外，Boost電路雖然處于直流環(huán)節(jié)中，有儲能元件，但容量很小，對整個系統(tǒng)的輸入功率因數(shù)影響不大，而且可以通過調(diào)節(jié)電容電感的參數(shù)使得輸入功率因數(shù)接近1，同時由于采用的電感與電容較小，對系統(tǒng)的體積和