矩阵变换器空间矢量过调制策略

摘要

矩阵变换器作为一种能够实现交-交直接变换的拓扑结构，具有功率密度大、变换效率高、能量双向流动等优势，在功率变换领域具有巨大的市场前景。在近四十年的时间里，矩阵变换器的研究成果显著，在很多领域也已经逐步商业化，但线性电压传输比最大为0.866限制了矩阵变换器进一步推广应用。本文针对矩阵变换器过调制区电压传输比特性、高电压传输比空间矢量过调制策略的设计等问题开展了一系列研究。 研究了矩阵变换器空间矢量调制策略的原理和调制过程，对矩阵变换器电压传输比特性进行了深入分析。通过对输出电压进行二重傅里叶变换，推导了最小相角误差过调制与最小幅值误差过调制策略的电压传输比上限，为过调制策略的设计提供了理论补充。 结合直接矩阵变换器与间接矩阵变换器的开关等效关系，从间接矩阵变换器两级调制入手，针对直流侧电压的合成方式做了研究，得到了整流级调制的5种直流侧电压合成模式。同时对逆变级输出电压进行分析，利用傅里叶变换对输出电压基波幅值特性进行分析，结合分区调制思想，根据期望输出电压范围对矩阵变换器调制模式进行划分。结合整流级与逆变级的调制模式，设计了一种同时适用于直接矩阵变换器与间接矩阵变换器的空间矢量过调制策略，该策略能够有效提高电压传输比并减少输出电压误差。 利用Matlab/Simulink搭建了矩阵变换器过调制仿真模型，在相同的仿真条件下对过调制策略做了对比研究，确认了本文过调制策略的有效性。最后通过矩阵变换器实验系统对本文的过调制策略进行了实验验证，实验结果证明了本文提出的过调制策略的可行性与有效性。

目录

声明

第1章 绪论

1.1课题研究背景与意义

1.2矩阵变换器过调制策略的研究现状

1.2.1 PWM载波过调制策略

1.2.2空间矢量过调制策略

1.3论文主要内容

第2章 矩阵变换器空间矢量调制策略与电压传输比特性分析

2.1矩阵变换器拓扑结构与调制原理

2.2矩阵变换器间接空间矢量调制策略

2.2.1输入电流空间矢量调制

2.2.2输出电压空间矢量调制

2.2.3输出电压与输入电流空间矢量合成调制

2.3矩阵变换器电压传输比特性分析

2.3.1电压传输比瞬时值

2.3.2影响矩阵变换器电压传输比的因素分析

2.3.3矩阵变换器过调制时电压传输比上限值分析

2.4提高矩阵变换器电压传输比的方法

2.4.1线性加权调制

2.4.2轨迹规划调制

2.5本章小结

第3章 矩阵变换器高电压传输比空间矢量过调制策略

3.1间接矩阵变换器与直接矩阵变换器的开关等效关系

3.2整流级调制

3.2.1直流侧电压合成机理

3.2.2单有效矢量和多矢量作用下直流侧电压合成方法

3.2.3提高直流侧电压的整流级调制方式

3.3逆变级调制

3.3.1输出侧电压合成机理

3.3.2单有效矢量和多矢量作用下输出电压合成方法

3.3.3提高输出电压基波值的逆变级调制方式

3.4高电压传输比空间矢量过调制策略的实现方法

3.4.1间接矩阵变换器高电压传输比过调制

3.4.2直接矩阵变换器高电压传输比过调制

3.5矩阵变换器过调制策略的仿真结果与分析

3.6本章小结

第4章 矩阵变换器高电压传输比空间矢量过调制策略实验研究

4.1矩阵变换器实验系统设计

4.1.1硬件设计

4.1.2软件设计

4.2高电压传输比空间矢量过调制策略实验结果与分析

4.2.1输出电压性能分析

4.2.2输出电流性能分析

4.2.3输入电流性能分析

4.3本章小结

第5章 总结与展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢