三相矩阵式变换器的仿真研究与硬件系统设计

摘要

矩阵式变换器是一种先进拓扑结构的“全硅”功率变换装置。它可实现频率的单级变换，无需大容量的贮能元件，能量可双向流动，输入电流与输出电压正弦，输入功率因数可调，且与负载的性质无关。 论文从矩阵式变换器等效交一直一交变换的空间矢量调制方法出发，分析了矩阵式变换器的工作机理，导出了等效交-直-交结构与交一交直接变换之间的对应关系，给出了其空间矢量调制策略的实现方法；讨论了矩阵式变换器的双向开关及其安全换流问题，给出了一种行之有效的安全换流策略；在Matlab/Simulink环境下，建立了矩阵式变换器系统的仿真模型，采用基于空间矢量调制方法的矩阵式变换器分别对三相阻感负载及三相异步电机负载情况进行了仿真研究，仿真结果证明了方法的正确性，验证了矩阵式变换器的优良性能。在此基础上，论文给出了一种矩阵式变换器系统的全数字化实现方法及其硬件结构；给出了输入滤波器截至频率与电网频率及开关频率的普遍关系，为输入滤波电路的确定与设计提供了可靠的理论依据；分析得出了能方便确定空间矢量所在扇区的普遍规律并给出了一种确定方法，为过零检测电路的使用提供了理论依据；讨论了矩阵式变换器电机驱动系统在故障状态下产生过电流/过电压损坏的机理，并给出了一种有效的保护方法。 本文理论研究的目的是对矩阵式变换器的基本原理、控制策略、开关换流等基本性问题进行探索性研究工作，通过理论分析和计算机仿真验证矩阵式变换器的优良性能以及空间矢量调制策略的正确性与合理性，得出一些有意义的结果，为课题的进一步的深入研究奠定了基础。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1电气传动的发展概况

1.2常规电力变换器特点及缺陷

1.3矩阵式变换器的特点和研究现状

1.3.1矩阵式变换器的特点

1.3.2矩阵变换器的研究现状

1.4本课题的研究意义及研究目的

1.4.1研究意义

1.4.2课题的研究目的

1.5本课题的研究背景及研究内容

1.5.1研究背景

1.5.2课题的研究内容

第二章 矩阵式变换器的基本结构和控制原理

2.1矩阵式变换器的交-直-交等效变换

2.2等效交-直-交结构的空间矢量调制

2.2.1等效交-直-交结构的空间矢量调制的基本原理

2.2.2空间矢量调制的实现

2.3矩阵式变换器的交-交直接变换策略

2.4矩阵式变换器中的双向开关的换流控制策略

2.5四步半软换流与半自然两步换流两种换流方案的性能比较

2.6本章小结

第三章 矩阵式变换器的仿真研究

3.1基于Matlab/Simulink软件的控制策略研究

3.2等效交-直-交结构中虚拟交-直整流部分的仿真与研究

3.3等效交-直-交结构中虚拟直-交逆变部分的仿真与研究

3.4矩阵式变换器交-交直接变换的仿真与研究

3.4.1矩阵式变换器驱动三相RL负载的仿真与研究

3.4.2矩阵式变换器驱动三相异步电机负载的仿真与研究

3.5本章小结

第四章　矩阵变换器的硬件系统设计

4.1矩阵式变换器的全数字控制系统

4.2矩阵式变换器的主回路系统设计

4.2.1输入滤波器设计

4.2.2双向开关的驱动电路设计

4.3矩阵式变换器的控制回路系统设计

4.3.1 DSP控制器

4.3.2过零检测电路

4.3.3译码换流电路

4.3.4系统保护电路(钳位电路)

4.4本章小结

第五章 总结与展望

5.1总结

5.1.1本文完成的主要工作

5.1.2本文得到的主要结论

5.1.3本文的主要创新点

5.2展望

致谢

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文