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ELECTRIC DRIVE 2008 Vol 38 No 11
电气传动2008年第38碁第11期
提高混合式双级矩阵变换器电压传输比
的控制策略研究
哲,邓文浪,朱建林,刘华
(湘潭大学信息工程学院,湖南湘潭411105
摘要;对混合式双级矩阵变换器的控铏策略进行研究,提出了一种混合式TSMC的控制筑略。该控制策
略通过消除TSMC逆变级零矢量,提商了直流PWM电压的利用率,达到提高TSMC电压传比的目的。同
时利用直流側H一桥变换器的调节功能,对逆变级输入电进行调节,裸近TSM心出?压的对称正弦。仿
真结果验证了控制策咯的正确性。
关词:混合式双级矩阵变换器:电压传输比1笨由玉矢量
中图分类号:TM46
文标识:A
Research af oitige Iraisl'er Ratio Improvement Controf Strategy of the
Hybrid Two-stage Matrix Converter
DAI Zhe, DENG Wen-lang, ZHU Jian-lin, LIU Hua
( Institute of Infomation and Engineering, Xiangan Uniersity, Xiang an411105, Hunan, Chin)
Abstract: The control principle of the hybrid two stage matrix converter(TSMC)was investigated and one
straegy for the hybrid TSMC was pul forward By eliminating the zero voltage vector of the voltage inverter
stage of the hybrid TSMC, the control strategy maybe improve the D-link PWM voitage utilization efficien-
cy. When the H-bridge modulated the Dc-link voltage across the inverter stage, the symmetry sine wave out
put voltage of TSMC is achieved. At last, simulation results have proved the justification of the control princi
pl
Key words: hybrid two stage matrix converter, voltage transfer ratio; zero voltage vectors
1引言
出21,这种拓扑在常规TSMC的直流环节串
人一个H-桥变换器,其拓扑如图2所示。虽然
目前,矩阵变换器(MC)以其优良性能成为直流环节引入了带电容的H一桥变换器,但电容
电力电子领域的研究热点。双级矩阵变换器很小,不会影响整个装置的体积。文献[2,7]对混
(TSMC)是近几年出现的具有新型拓扑结枘的矩合式TSMC的调制策略进行了研究,可以将
阵变换器。和常规矩阵变换器(CMC)相比,它不TSMC的电压传输比提高到0.909和对输入电
仅具有与CMC同样优良的性能,而且克服了压扰动进行有效抑制并保证最大电压传输比。
CMC的不足,具有换流简单、开关数量可减少等
优点。TSMC的拓扑如图1所示。但作为一种
直接电力变换装置,TSMC有2个缺点:1)对于
电网的扰动十分敏感い~:2)最大电压传输比只
A
有0.866:?。实际应用中,由于IGBT的导通电
压和整流级的死区时间会使这个缺点更加突出
本や
电压传输比偏低成为TSMC进入工业应用的最
主要障碍,引起了国内外的广泛关注。
图1TSMC的拓扑结构
2005年、一种混合式的TSMC拓扑被提
Fig 1 Topology of TSMC
作者介:戦哲(1982-),男,硬士,Emailrliuhua500@lina,com.cn
C1994-2009chinaAcademicJournalElectronicpublishingHouse.Alrightsreservedhttp://www.cnki.nct
气传动2008年第38卷第11期
哲,等;提高混合式双级矩交换器电压传橡比的拉策嘻研究
负
3逆变级的空间矢量PWM
Fig 3 Space vector PWM control of the inverter stake
图2混合式TSMC的拓扑结
Fig 2 Topology of hybrid TSMC
3混合式TSMC的调制策略
本文在文献[2,]研究的基础上,以进一步提
逆变级的零矢量被用来调节输出电压的幅
高混合式TSMC电压传比为目的,提出了一种值,使之维持恒定,保证出电压的三相对称正
混合式TSMC的控制策略,该控制策略在保证輪弦。而零矢盧的使恩表明了逆银没有充分利
出电压质量的基础上,能够进一步提高TSMC电用其输入流倒的电压,因此常规TSMC的最大
压传输比。
电压传比只能达到0.866。如果消除零矢量,
可“以提高电压传输此,但输出电压幅值不能保持
2TSMC的空间矢量倒
恒定,输出电压的轨迹是一个正六边形,最大幅
TSMC的整沵级采用无零电流空间矢量调值和最小幅值之比为1.15:1],输出电压产生
…。为了保证宜流毋线电压最大,把实际测较大的低次谐波。因此,常规TSMC存在着消除
量得到的输入电压划分为6个扇区,其中每一扇笭矢量提高电压传输比和需要零矢量保证输出质
区均出现一相电压绝对值的最大值。以第一扇区量的矛盾
为例,a相输入电压为正,绝对值最大,b,c两相为
本文提出了混合式TSMC的控制策略,很好
负:为了保证TSMC的输人功率因数为1,必须保地解决了上述矛盾。该控制策略通过消除
证下面的关系成立
TSMC逆变级零矢量,提高了直流PWM电压的
利用率。同时利用直流侧H-桥变换器的谲节功
整流级开关占空比为?
能,对逆变级输入电压进行调节,保证在无零矢量
情况下,TSMC也能输出三相对称正弦电压。
个PWM周期内,整流级提供的直流母线
设逆变级的参考入电压为
电压的局部平均值为{
Vm=√/3v[siaa。+sin(x/3-0。)](2
VDC. rc=d, X Vab+dg X Vae
(1)式中:V为输出相电压空间矢量的幅值
式中:V。,W。为TSMC整流级的输人线电压
逆变级占空比计算如下
逆变级采用电压空间矢量调制,如图3所示。
sin(x/3-。)
任意时刻参考电压空间矢量所属扇区的两个有效
(3)
sin(x/3-6。)+sin6
电压空间矢量的占空比决定输出电压空间矢量的
相位;使用零电压矢量来调节输出电压空间矢量
sine
(4)
的幅值,有效电压空间矢量占空比的计算公式为
sin(m/3-。)+sin。
d1=kXm。Xsin(r/3-θ
则
d2=kXm、Xsin6。
2XV
式中:k为消除直流母线电压波动而在TSMC逆
变级