基于解结耦矢量调制的电流型高频链矩阵整流器的研究

摘要

电流型高频链矩阵整流器是从传统矩阵变换器拓扑中衍生出来的一种新型功率变换器，由LC输入滤波器、矩阵变换器、高频变压器、不控整流器、输出滤波器L和负载组成。它不仅能够实现AC/DC变换，而且具有正弦输入电流、单位功率因数、无需大容量储能元件、高频化等优良性能，由于高频链矩阵整流器使用双向开关管进行能量变换，因此整流器的调制是基础，因为高频变压器和线路均含有漏感，选取的调制策略不当就会造成换流时开关管两端产生大的电压尖峰，所以现在亟需要研究一种新的调制策略来解决高频链矩阵整流器开关管的安全换流。　　本文首先以直接变换式三相-单相矩阵变换器和三相电流型高频链矩阵整流器为研究对象，为了使直接变换式三相-单相矩阵变换器可输出正、负直流，本文提出了解结耦调制和基于输入电流12扇区划分的电流型空间矢量调制相结合的传统的三相电流型解结耦矢量调制策略，之后为了使直接变换式三相-单相矩阵变换器在阻感负载下输出高频、工频交流，并且保证双向开关管能实现安全换流，本文又提出了优化的三相电流型解结耦矢量调制策略，再之后本文将上述两种调制策略应用到三相电流型高频链矩阵整流器中进行了研究，分析了在带有高频变压器的情况下两种调制的工作原理，并对基于传统的三相解结耦矢量调制下的三相电流型高频链矩阵整流器进行了模态分析。　　其次，针对单相电流型高频链矩阵整流器的调制，本文对电流型解结耦单极性PWM调制和单相电流型空间矢量调制分别作了改进，分别提出优化的解结耦单极性PWM调制和单相电流型解结耦矢量调制策略，并详细分析了具体工作过程。　　然后，本文结合了优化的三相电流型解结耦矢量调制策略以及三相电流型整流器的建模方法建立了三相电流型高频链矩阵整流器的数学模型，之后基于d-q坐标进行直流侧电流外环和网侧交流电流内环的双闭环参数设计。　　最后，本文在理论分析和仿真验证的基础上，对实验平台系统的硬件电路和软件程序进行了设计，搭建了DSP+CPLD为核心控制的高频链矩阵整流器实验平台，实验结果验证了所提出的调制策略的正确有效性。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究意义

1.2 国内外矩阵变换器调制策略研究现状

1.3 本文的主要研究内容

第2章 基于解结耦矢量调制的三相-单相矩阵变换器

2.1 引言

2.2 三相-单相矩阵变换器拓扑

2.3 三相电流型解结耦矢量调制策略

2.4 基于解结耦矢量调制的直接变换式三相-单相矩阵变换器

2.5 基于解结耦矢量调制的三相电流型高频链矩阵整流器

2.6 直接变换式三相-单相矩阵变换器仿真验证

2.7 三相电流型高频链矩阵整流器仿真验证

2.8 本章小结

第3章 单相电流型高频链矩阵整流器调制

3.1 引言

3.2 传统的电流型解结耦单极性PWM调制策略

3.3 优化的电流型解结耦单极性PWM调制策略

3.4 单相电流型空间矢量调制策略

3.5 单相电流型解结耦矢量调制策略

3.6 仿真验证

3.7 本章小结

第4章 三相电流型高频链矩阵整流器闭环控制

4.1 引言

4.2 三相电流型高频链矩阵整流器数学建模

4.3 输入LC型滤波器的设计

4.4 输出L型滤波器的设计

4.5 控制系统设计

4.7 本章小结

第5章 系统设计及实验验证

5.1 引言

5.2 电流型高频链矩阵整流器平台硬件设计

5.3 控制电路设计

5.4 软件及程序设计

5.5 实验验证

5.6 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢