矩阵变换器在变速恒频电源系统中的应用研究

论文摘要

矩阵变换器是一种新型交交直接变换的功率变换器,以其无中间直流环节、输入功率因数逼近1和输入电流性能好、能量可以双向流动等优点受到国内外学者的广泛关注。本文首先简要介绍了矩阵变换器的结构、数学模型以及工作原理,并利用Matlab软件建立了矩阵变换器系统的仿真模型。接着,详细分析了矩阵变换器的双空间矢量调制原理,得到输入输出之间的电压电流关系,在此基础上通过修正输出电压的交直轴分量,对输出电压幅值、相角整体调节,实现了输出电压的闭环控制。本文还分析了双电压调制策略的基本原理,推导了输出电压、输入电流的合成公式,并且进一步规律化了占空比系数的合成,并提出输出区间新的划分原则,简化了双电压调制策略。另外,本文分别介绍了基于DSP的矩阵变换器系统的软硬件实现。最后,制作了矩阵变换器系统的原理样机,进行了一系列实验测试,实验结果表明矩阵变换器样机系统具有良好的性能,验证了理论分析和数字仿真以及系统软、硬件设计的正确性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 矩阵变换器的发展
• 1.3 本文的研究目的和主要内容
• 1.3.1 本文的研究目的
• 1.3.2 本文的主要内容
• 第二章 矩阵变换器的理论基础与系统建模
• 2.1 矩阵变换器的基本原理
• 2.2 矩阵变换器的常用调制策略
• 2.3 矩阵变换器的系统建模
• 2.4 本章小结
• 第三章 矩阵变换器的空间矢量调制及闭环控制
• 3.1 空间矢量调制的基本原理
• 3.1.1 输入电流空间矢量调制
• 3.1.2 输出电压空间矢量调制
• 3.1.3 双空间矢量调制的交交变换
• 3.2 双空间矢量调制的矩阵变换器闭环控制
• 3.3 仿真结果与分析
• 3.3.1 稳态过程仿真
• 3.3.2 动态过程仿真
• 3.4 本章小结
• 第四章 矩阵变换器的瞬时值双电压调制
• 4.1 瞬时值双电压调制的基本原理
• 4.1.1 采用三相线电压调制的瞬时值双电压法
• 4.1.2 采用两相线电压调制的瞬时值双电压法
• 4.2 双电压简化控制策略
• 4.2.1 占空比系数合成的简化
• 4.2.2 中间变量P 及输出相区新的划分原则
• 4.2.3 三相非平衡输入情况
• 4.3 仿真结果与分析
• 4.3.1 三相对称输入的仿真结果与分析
• 4.3.2 三相不对称输入的仿真结果与分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 系统样机设计及实验波形
• 5.1 矩阵变换器硬件电路设计
• 5.1.1 矩阵变换器主功率电路
• 5.1.2 驱动电路
• 5.1.3 矩阵变换器保护电路
• 5.1.4 电压采样信号调理电路
• 5.1.5 控制电路设计
• 5.1.5.1 芯片TMS320LF2407 简介及外围电路
• 5.1.5.2 芯片M4A5 简介及相关电路
• 5.2 矩阵变换器控制软件设计
• 5.2.1 DSP 程序
• 5.2.2 CPLD 程序
• 5.3 实验结果及分析
• 5.3.1 稳态实验结果
• 5.3.2 动态实验结果
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论
• 6.1 本文的主要工作
• 6.2 存在问题及进一步工作
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间研究成果
• 在学期间所获荣誉