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基于电流空间矢量调制法的矩阵式交流-直流变换器的研究_论文

第3   第1 9卷 期  20 1 年 2月      0 上海师范大学学报 ( 自然科学版 )   Junl f hn hi om l nvri ( trl cecs  ora o  a ga N r a U iesy Na a Si e )   S     t u   n Vo . 9. .1 13 No   F b. . e 20 10    基 于 电流 空 间矢量 调 制 法 的  矩 阵 式 交 流 一直 流 变 换 器 的研 究  刘 晓, 文   蔡    ( 上海 师范大学 信息与机电工程学院 , 上海 20 3 ) 0 24   摘 要 :介绍 了一种基 于 电流 空间 矢量调 制 策略 的矩 阵 式直 流 一交流 变换 器. 变换 器 的输  该 出电压幅值可达输入相电压的 15 极性任意可调、 . 倍、 大小宽范围线性可调, 还具有能量双向  流动 , 入 电流零 位移 、 输 波形接 近正 弦等特 点. 于理论 分析 , 基 进行 实验研 究 , 结果与理 论一 致 ,   同时表 明该 变换 器具有 多象限运 行 能力.   关键词 : 阵式 交流 一直流 变换 器 ; 向开 关 ; 矩 双 电流 空 间矢量调制  中图分类 号 : M6 文献 标识 码 :   文章 编号 : 0053(0004 6-   T 4  A 10-1 21)1) 1 5 7 0 0 O 引 言      随着 电力 电子技 术 的迅 猛发 展 , 种 电力 变换 器在 国 民经 济 中得 到 了越来越 广泛地 应用 , 各 在带来 可  观经济效 益 的同时 , 给 电力系 统带来 了谐 波污染 和低功 率 因数等许 多负 面影 响. 也 尽管 可通过装 设补 偿  装置来防治电力污染 , 但代价高 , 不能治本. 矩阵变换器的出现 , 给从根本上防治“ 电力公 害” 带来了新  的希 望 .   矩阵式 变换 器是在 17 96年被提 出 的 , 一种 具有先 进拓 扑 “ 硅” 是 全 开关结 构 的功 率变 换 器. 允许  它 频率单 级变 换 , “ 一交 ” 制方 式 , 采用 交 控 同现有 电力变换 器相 比 , 它具 有 能够 提供 正 弦输 入 电流和 输 出  电压 、 输入功 率 因数 可控 、 能量 传输 可逆 、 需大 容量 储能 元 件等 优点 . 年来 , 内外学 者 进行 了大量  无 近 国 研究 , 但到 目前为止 , 矩阵式变换器尚未在工业中推广应用, 根本原 因在于其控制策略复杂 , 计算量大 ;   安全换 流复 杂  J 增加 了系统实 现难度 . ,   本 文作 者介 绍 了一种 由三相 交 一交矩 阵式变换 器演 化而来 的矩 阵式 三相交 流 一直流变换 器 … . 该  变 换器是 一种 通用整 流器 心 ] 不仅可 用 于直 流 电 动机 的 四象 限运 行 、 流励 磁 、 率 因数 校 正 、   , 直 功 并  网发电等场合 , 也可作为一种准稀疏矩阵式电力变换器的前级电路 , 同时也可用在 F L  C L U LS A E的风力  发 电 中 , 于连接 发 电机 的定 子 和电 网 , 用 有必要 深入 研究 , 对推 进矩 阵式变 换 器 的实 用 化具 有积 极 意  这 义.   首先介 绍矩 阵式交 流 一直流 变换器 的拓扑 结构 , 后介 绍 电流 空 间矢 量 调制 策 略 , 后 , 然 最 建立 了矩  阵式交流 一 直流变换器实验平台, 进行了实验研究 , 并给出若干实验结果.   1 矩 阵式 交 流 一直 流变 换 器 的拓 扑 结构    矩 阵式交 流 一直流变 换器 的主 电路拓 扑结构 … 如 图 1 所示 , 图中 S 1~¥3为 6个 双 向可控 功率  1 2 收 稿 日期 : 0 9 )-1 20 4 2  9 基金项 目: 上海市教育委员会项 目( 6 5 . C 3)   作者简介 : 刘 晓(9 5一) 男 , 18 , 上海师范大学信息与机电工程学 院硕 士研究生 ; 蔡 文 (9 1 , , 17 一) 女 上海师范 大  学信息与机电工程学院副教授.   6  2 上海师范大学学报(自然科学版 )   21 0 0芷  开关 , 呈现三相 H桥结构. 三相交流电压输入 , 上桥臂 3只开关的输出端连接在一起 , 形成输 出相  ,   下桥臂 3只开关的输 出端连接在一起 , 形成输出相  , 最终输出直流电压 。 输入与输 出均采用常规  , 的L c滤波器 . 1中双 向可 控功率 开关可 阻断 双 向电压 , 图 通过 双 向电流 , 又称为 四象限开关 .   图 1 矩阵式交流 一直流变换器 电路拓扑    2 电流空 间矢 量调 制 策 略    矩阵式 交流 一直流变 换器 主 电路 中的 6个 双 向开关一 共 有 9种通 断 状 态组 合 , 可产 生 9个 输入 电  流矢量. 9个电流矢量分为 6 这 个非零电流矢量 (r 6 和 3个零电流矢量 (0  、 。. J  ~,) , 、 I )定义开关函  。 o 数 5:  开关导通时 ,  ; S =1开关断开时 , =0 i TB 、 TA 、 B c )则开关组合与电流矢量、 S   ( =A 、 TC 、B B 、a , 输  出 电压 的对应 关系 如表 1 示. 所   输 入相 电流矢量 反映 的是复 空 间的关 系 , 描述 的是 三相 瞬时 相 电流 i, , 的合 成 作 用 , 。i i    目的是合  成一个 在复平 面上 连续旋转 的理想 输入 相 电流 矢量  ,其运 行 轨迹 是 矢量 六 边形 的基准 矢 量 圆. , 基准  矢量 圆被 6个 非零矢 量 ,   划分 为 6个 区域 , 别称为扇 区 II, II V, I

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