RB-IGBT矩阵变换器传动系统中的一种新颖两步换流策略

本文基于600V/100A逆阻式IGBT(RB-IGBT)研制了一台三相/三相矩阵变换器样机.实验中采用间接空间矢量调制算法,实现了该样机对一台异步电机的转差频率闭环恒压频比控制.提出了一种新颖的两步换流策略实现了双向功率开关间的可靠换流.该换流策略不需要任何电流电压传感器,仅依靠本文为RB-IGBT设计的驱动保护电路中的集-射电压检测单元即可获取换流所需信息.文中最后给出了样机照片和在不同负载条件下系统的实验结果.实验结果表明,所提出的换流策略是有效的,用于矩阵变换器-异步电机系统,具有较好的驱动性能.     

矩阵式变换器在电源异常时的运行性能分析

矩阵式变换器是一种直接型的三相交流-交流电能变换装置.由于不具有直流储能环节,其输入侧电源的异常情况直接影响到输出侧的性能.本文根据矩阵式变换器的工作原理,从理论上分析了变换器在输入侧电源电压幅值不平衡和波形非正弦两种情况下的输出特性,讨论了输入侧电压变化对输出电压和电流中谐波成分的影响.分析了输入侧电源瞬时断电时矩阵式变换器的运行特性.按照上述三种异常情况,在一台2.7kVA的矩阵式变换器样机上进行了实验评估.     

矩阵式单相电源调压技术

提出了一种矩阵式单相电源调压技术，并分析了其工作原理，给出了一种安全的换流策略，仿真结果表明这种变换器输出电压在宽范围内连续可调，而且具有高正弦度的输入电流波形。     

高频链三相矩阵式正弦波变换器研究

针对高频链矩阵式三相正弦波变换器,提出一种新的控制策略。该方法由前端逆变器将直流电源变换为高频交流等宽方波电压(单相14.28kHz),经变压器高频耦合;后端矩阵变换器(matrix converters,MC)(3×2矩阵)的双向开关采用解耦分时驱动。控制电路将常规的正弦脉宽调制(sinusoidal pulse width modulation,SPWM)信号进行适当的逻辑处理,作为MC新的驱动信号,该信号保留了SPWM信号的全部信息,其频率是载波的1/2。MC产生三相常规单极性与载波频率相等的SPWM脉冲序列,保留了SPWM模式的所有特性,滤波后得到三相交流输出。该策略MC可实现倍频效果、双向开关自然换流,且无须检测负载电流的极性;克服了该变换器中固有的电压、电流过冲,简单易于实现。分析工作原理,仿真及220V/50Hz 3.3kW实验样机验证了方案的正确性。     

五相双级矩阵变换器

为了提高五相异步电机调速系统的性能,提出一种新型的五相双级矩阵变换器.该变换器实现了三相输入、五相输出的直接功率变换,通过采用改进的双级拓扑结构,解决了传统矩阵变换器向多相拓展换流复杂度增加的问题.介绍了几种五相双级矩阵变换器的拓扑结构,针对五相双级变换器的空间矢量调制控制策略进行了理论推导,对变换器的控制策略的可行性进行了仿真的实验验证.仿真和实验结果表明:所提出的变换器输入电流和输出电压为正弦,谐波小且输入功率因数可控,并可实现零电压换流.     

基于新型调制策略的三相-单相矩阵变换器研究

针对三相-单相矩阵变换器系统,提出了一种新型调制策略,即将虚拟整流级的空间矢量调制(Space Vector Pulse Width Modulation,简称SVPWM)和虚拟逆变级的正弦脉宽调制(Sine Pulse Width Modulation,简称SPWM)相结合进行控制,通过简单的调制合成即可实现输出电压正弦。研制了基于四步半软换流策略的1 kW三相-单相矩阵变换器实验样机,实验结果验证了所提控制策略的可行性和正确性。     

矩阵式变换器的空间矢量脉宽调制优化方法

空间矢量脉宽调制和双向开关多步换流方式是矩阵式变换器的基本控制策略.针对多步换流过程在空间矢量脉宽调制中所引起的最小脉宽限制和输出波形畸变,提出一种优化调节方法.通过调整各个开关状态的脉宽,使整个采样周期内仍保持9段开关状态,并且每段开关状态的持续时间均大于双向开关多步换流过程.在一台2.7kVA的矩阵式变换器样机上进行实验验证.实验结果表明,采用提出的空间矢量脉宽调制优化调节策略,不仅消除了输出电压中的错误脉冲,而且降低了输出电压的总谐波畸变率(THD),在输出频率为15Hz时,THD降低约15%,有效地提高了矩阵式变换器的输出波形质量,保证了系统的安全可靠运行.     

基于拓扑解耦的矩阵式高频链逆变器控制新方法

针对矩阵式高频链逆变器复杂的拓扑结构,提出了一种基于拓扑解耦思想的新型控制策略.根据高频逆变桥生成高频电压波形的极性,将单相交流变换到三相交流的矩阵变换器拓扑解耦成2个常规的三相电压源逆变器,从而可将常规电压源逆变器的控制策略引入到对矩阵变换器的控制中.与应用矩阵变换器的交/直/交等效模型和优化控制算法相比,拓扑解耦控制策略从矩阵变换器拓扑本身入手,原理实现简单,并能极大简化对矩阵变换器的分析过程.为便于系统理论分析,提出了"双向桥臂"概念.应用Saber仿真软件进行了仿真研究,并搭建实验样机进行了实验验证,结果表明该控制方法能获得良好的输出电压波形,验证了所提控制策略的正确性.     

基于矩阵变换器的AC/DC变换器

对传统的三相/三相矩阵变换器进行变换,得到一种新型的AC/DC变换器拓扑,并对该电路的工作原理进行了分析,通过在变换器的高频部分加入变压器,既实现了输入和输出的电气隔离,又减小了系统的重量和体积.本文对所采用的基于输入电压的双线电压调制策略机理进行了详细的分析,推导了在该调制策略下的输入电流和输出电压的表达式,说明采用该调制策略能实现三相交流输入侧电流正弦和单位功率因数,输出电压与调制指数之间存在线性的关系.采用MOTOROLA的16位微处理器和CPLD协调控制制作了一台样机,验证了理论和控制方法的正确性和可行性.     

一种新的单相-三相矩阵变换器调制策略

针对直接型单相-三相矩阵变换器,提出一种基于正弦脉宽调制(Sine Pulse Width Modulation,SPWM)的调制方法。假定单相输入电压为余弦函数,通过构造含有输出电流频率和一族输入频率奇数倍频率的余弦函数,进行简单的加减运算作为调制波,可以获得对称的三相输出电压,并且输出电压的谐波次数、频率和幅值可控。对于感性负载,输出电流近似为正弦波形,获得了单相-三相矩阵变换器的输入电流计算公式。建立Matlab/Simulink的仿真模型,构造相应的调制函数,进行了阻感负载的仿真实验。使用DSP芯片和双向开关搭建了单相-三相矩阵变换器的实验平台,实验结果表明提出的调制策略扩大了矩阵变换器输出频率的调节范围,减小了输出电流的总谐波失真度(Total Harmonic Distortion,THD),并能保持输入功率因数为1,具有良好的性能。     

数字控制400Hz三相四线高功率因数PWM整流器研究

根据航空电源系统中AC-DC静止变流器的应用需要,设计了一套数字控制400Hz三相四线高功率因数PWM整流器系统。传统的直接电流控制方法由于被控量是交流信号,因而存在着相位静差问题,本文采用基于dq同步旋转坐标变换的空间矢量控制方法,实现了输入电流与输入电压间的相位无静差控制,实现了高功率因数目的;针对三相四线结构输出串联电容均压问题,本文提出了输出串联电容均压环与中线电流环串联的双闭环控制方法,实现了输出串联电容均压控制。最后在理论分析与仿真的基础上搭建了3kW原理样机,仿真和实验结果均验证了该系统控制方法的正确性与可行性。     

三相Buck型脉宽调制AC/AC交流斩波器及其控制策略

详细分析了三相Buck型脉宽调制AC/AC交流斩波器的电路结构、工作原理及其控制策略。通过比较三相输入电压值的大小,并结合输出电压误差放大信号与三角载波的比较结果,可确定该斩波器各开关管的工作状态。本文以传统的单相输出电压反馈控制策略为基础,提出了一种新颖的三相输出电压反馈控制策略。分别采用两种控制策略,对三相Buck型脉宽调制AC/AC交流斩波器进行了仿真比较研究,并研制了一台原理样机。仿真和实验结果表明:在相同工作条件下,该斩波器采用三相输出电压反馈控制比采用单相输出电压反馈控制具有更好的控制效果。     

用于抑制矩阵变换器共模电压的零输出换相策略

该文对矩阵变换器的共模电压进行了分析，提出了抑制共模电压的零输出换相策略，该策略采用一个正电压、一个零电压和一个负电压实现了对矩阵变换器的控制。其输出三相线电压局部平均值为对称正弦量；电压增益可以达到了理论上的最大值；共模电压的最大瞬时值为输入相电压幅值的一半。该文对零输出换相策略、电压增益及开关动作顺序进行了详细的分析，并与双电压合成控制策略下共模电压的最大瞬时值进行了对比。最后，通过仿真验证了结论的正确性。     

矩阵变换器的一种安全换流策略

矩阵变换器由于换流困难始终无法在大功率环境中得到推广应用,该文在传统的电压型两步换流法的基础上,提出一种过渡区间采用四步换流的安全换流策略,在电压接近的换流两相之间插入3个安全续流状态来实现换流,避免了电流型换流法小电流检测困难的问题,解决了原来换流法换区间时容易短路的现象,完善了电压型换流策略。该策略不仅对输入输出波形影响较小,而且实现较为简单,系统开关损耗也不会增长很多。全压380 V输入和5 kW功率输出实验结果表明,该换流策略是可行的。提出的新型换流策略可在大功率交-交电力变换中得到进一步推广和应用。     

单相有源PFC开环控制的研究

在单相有源PFC领域,截止目前,出现了多种控制方法,可以归类于开环控制和闭环控制,各有优缺点和所适用范围。在分析一种无需输出电压检测的单相PFC控制原理的基础上,提出和分析了一种只需检测整流桥后正弦半波电压和输出阻抗的开环控制策略,适合单级有源PFC和多级交错有源PFC,通过调节输出电压平均值与输入电压有效值之比,可以获得输出电压相对输入电压或输出功率的跟随特性,也可以维持输出电压平均值不变,在利用MATLAB/Simulink仿真分析后,基于DSPTMS320F28335设计了一种单相有源PFC的开环数字控制电路,建立实验平台进行实验测试。所得的仿真与实验结果符合相关的理论分析。     

三相电压型脉宽调制整流器矢量控制研究

在三相电压型脉宽调制整流器d-q轴数学模型的基础上，对其矢量解耦控制策略进行了研究，提出了基于电流的状态解耦和电网电压前馈补偿的控制策略。仿真结果表明，采用此控制策略的整流器能够扶徘忡化功率心数的正弦输入电流、稳定的直流输出电压和快速的动态响应，并能够实现能量的双向流动。     

三相电压型脉宽调制整流器矢量控制研究

在三相电压型脉宽调制整流器d-q轴数学模型的基础上,对其矢量解耦控制策略进行了研究,提出了基于电流的状态解耦和电网电压前馈补偿的控制策略。仿真结果表明,采用此控制策略的整流器能够获得单位功率因数的正弦输入电流、稳定的直流输出电压和快速的动态响应,并能够实现能量的双向流动。     

Development of a novel commutation method that sharply reduces commutation failure of matrix converters

This paper proposes the safest novel commutation method for a matrix converter. There are two conventional commutation methods which depend on the polarity of the input line voltage (it is called “voltage commutation”) and depend on the polarity of the output current (it is called “current commutation”). However, problem of the voltage commutation is that commutation failure occurs around zero of the input line voltage. It is difficult to detect its polarity due to depending on offset and delay of the sensor. Similarly, the current commutation failure occurs around zero of the load current. A cause of these detection errors are a detection delay and an offset of a sensor. The proposed commutation method combines the input voltage commutation and the load current commutation. Therefore, the proposed commutation method can decrease the commutation failure without high accuracy sensor. In addition, a voltage error compensation based on the proposed commutation method is proposed in this paper. The proposed method can simply compensate for the commutation error of the output voltage and the input current at the same time. The effects of the proposed method are confirmed by experimental results with a 750 W induction motor and a R‐L load. Those results confirm that the proposed commutation can decrease commutation failure. Moreover, the total harmonics distortion of the input current and the output current are 2.6 point and 0.9 point lower than that of the condition without the compensation at 100% output power. © 2009 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 168(4): 49–57, 2009; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20826     

新型三相-单相交流发电系统拓扑结构及其控制策略仿真研究

针对传统三相-单相交流变换器拓扑结构复杂且需要额外的滤波器等的不足,基于永磁同步电机开绕组的特点,提出了一种新型三相-单相交流发电系统拓扑结构。分析了通过对双变换器直流侧电容电压的控制实现单相交流输出的工作原理,并在此基础上提出了一种通过永磁同步电机的正序电流和零序电流分别实现变换器直流侧的电容电压和单相交流输出电压解耦控制的新型控制策略。该策略采用MATLAB构建系统仿真模型,在不同发电机转速和负载情况下对系统进行了仿真分析,验证了该新型三相-单相交流拓扑无需使用额外的滤波电路即可实现高质量的单相交流电压输出,其幅值、频率均可以灵活调节,且具有优异的动态特性。