矩阵变换器共模电压生成机理及控制机制研究

论文摘要

与传统的交—直—交式电力变换器相比,矩阵变换器作为一种通用电源变换装置,可以方便实现n相到m相变换。该变换器能够产生可控的正弦输出电压和单位功率因数的输入电流;无中间储能环节、能量可双向传递一次变换、动态响应快;采用不同控制算法,可实现整流、逆变、变频、斩波等功能。因此,利用电力电子技术、计算机技术和控制理论的研究成果,开发一种对电网无污染、四象限运行的高质量交流变频电源,成为从事电力电子分析与控制学者研究的热点。本文对矩阵变换器的工作原理、等效交—直—交变换、SPWM(Sine Pulse Width Modulation)控制策略进行了理论分析及仿真研究。SPWM控制策略的最大特点是控制方案简单、控制开关函数不需要复杂的数学推导和计算,变换器输出线电压满足正弦规律,且输出频率可调。并对其进行了计算机仿真,从理论上验证了该控制策略的可行性。针对矩阵变换器共模电压产生的机理及其抑制原则,分析了共模电压瞬时值的大小,波形及其谐波频谱,得出了矩阵变换器共模电压的本质特征,并对SPWM控制策略不同开关状态下的共模电压进行了理论分析及仿真。提出了一种可消除共模电压的三电平控制策略,能够有效地消除了共模电压,有效抑制了矩阵变换器共模电压的负面效应,且输出的线电压更趋于正弦波,仿真和实验结果验证了可消除共模电压的三电平控制策略的正确性和有效性。最后通过比较几种SPWM控制策略,得出多电平调制策略可以达到抑制变频器输出共模电压的目的。并且改进的三电平SPWM控制策略后输出的线电压更趋于正弦波,且消除共模电压的效果非常显著,可为实际应用中消除共模电压做理论指导,为矩阵变换器的进一步研究奠定了重要基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究意义
• 1.2 矩阵变换器的发展历程及研究热点
• 1.2.1 矩阵变换器的发展历程
• 1.2.2 矩阵变换器的研究热点
• 1.3 矩阵变换器的基础理论
• 1.3.1 矩阵变换器的基本构成
• 1.3.2 矩阵变换器的控制策略
• 1.3.3 谐波和共模电压抑制问题
• 1.4 矩阵变换器开关电路的实现策略
• 1.4.1 常见双向开关的构成及其特点
• 1.4.2 双向开关的换流技术
• 1.5 课题来源及本课题的主要研究内容
• 1.5.1 课题来源
• 1.5.2 课题研究的主要研究内容
• 第2章 矩阵变换器的SPWM 调制策略研究
• 2.1 引言
• 2.2 矩阵变换器的工作原理
• 2.3 矩阵变换器的等效交—直—交变换分析
• 2.4 矩阵变换器的SPWM 调制策略
• 2.4.1 正弦脉宽调制逆变器的工作原理
• 2.4.2 矩阵变换器的 SPWM 调制策略
• 2.4.3 SPWM 控制下矩阵变换器开关模式的确定
• 2.5 仿真和实验结果分析
• 2.6 本章小结
• 第3章 输出谐波和共模电压分析
• 3.1 引言
• 3.2 谐波分析及抑制
• 3.3 共模电压分析及抑制
• 3.3.1 共模电压的负面效应
• 3.3.2 共模电压产生机理
• 3.3.3 共模电压的傅立叶分析
• 3.3.4 共模电压的抑制方法
• 3.4 SPWM 控制策略不同开关状态下的共模电压分析
• 3.4.1 SPWM 控制策略下的共模电压分析
• 3.4.2 不同开关组合下共模电压瞬时值分析
• 3.4.3 共模电压局部平均值仿真分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 可消除共模电压的三电平SPWM 策略研究
• 4.1 引言
• 4.2 可消除共模电压的三电平SPWM 控制策略原理
• 4.3 改进的三电平SPWM 控制策略下仿真分析
• 4.4 两种SPWM 对共模电压抑制效果比较
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间所发表的学术论文
• 致谢