三相-单相矩阵变换器的功率解耦与控制策略研究

摘要

三相-单相矩阵变换器（3-1MC）可在户用独立发电系统、风力发电系统、热电联合系统、感应加热系统等场合中为单相交流负载供电，具有良好的应用前景。但是，单级式矩阵结构的3-1MC不含直流母线大电容，单相脉动功率直接耦合到输入侧，导致三相输入电流畸变、输入源容量要求大。
　　因此，本文研究了3-1MC的功率解耦拓扑，即在单相输出侧并联一组功率开关和一个功率解耦电容。通过控制功率开关使得单相脉动功率完全流入功率解耦电容，从根本上解决了单相脉动功率分量对三相侧的影响，实现了输入功率与输出脉动功率的功率解耦。本文详细推导了功率解耦后3-1MC的调制方式，分析了变换器的工作状态，并提出了功率解耦电容的设计方法。引入功率解耦电路后，变换器拓扑中增加了非线性元件，影响闭环控制系统的设计；同时考虑实际应用中负载和电源也会发生扰动，对控制本身也有较高的要求。本文利用平均模型法逐步简化3-1MC的数学模型，建立其在dq轴坐标系下的小信号模型，结合小信号模型的传递函数，提出一种虚拟直流母线电压反馈的闭环控制策略。
　　最后，本文在Matlab/Simulink中建立了3-1MC的仿真模型，并设计了系统样机。仿真与实验结果均表明，本文所提的功率解耦技术及闭环控制策略是切实可行的。

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注释表

第一章 绪论

1.1 3-1 MC的应用前景及研究现状

1.2本文的研究意义及主要内容

第二章 三相-单相矩阵变换器的功率解耦分析

2.1功率解耦下3-1 MC的调制方式

2.2 3-1 MC的工作状态分析

2.3功率解耦单元设计

2.4本章小结

第三章 数学建模及控制策略研究

3.1 3-1 MC功率解耦拓扑的数学建模

3.2 3-1 MC的闭环控制策略

3.3本章小结

第四章 3-1 MC功率解耦闭环控制系统的仿真研究

4.1电路参数计算

4.2建立仿真模型

4.3仿真分析

4.4本章小结

第五章 系统样机设计及实验验证

5.1系统结构

5.2硬件设计

5.3软件设计

5.4实验结果分析

5.5本章小结

第六章 总结与展望

6.1本文的主要工作

6.2展望

参考文献

致谢

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