论文部分内容阅读
间接矩阵变换器(Matrix Converter,IMC)是一种“绿色”的AC-AC变频器,常用于电机驱动、电动汽车、铁路交通、新能源产业等场合。将三电平技术和IMC技术结合的三电平间接矩阵变换器(Three Level Indirect Matrix Converter,TLIMC)在兼顾传统IMC优点的同时,还提升了输出波形质量,且开关管电压应力低的特点也使其更适合于高电压、大功率的应用场合。但间接矩阵变换器的最大传输比仅为0.866,严重影响了其在工业环境中的应用范围。因此本文提出了双Trans-准Z源三电平间接矩阵变换器(Dual-Trans-quasi Z-source Three Level Indirect Matrix Converter,DTrans-q Zs TLIMC)。在拓扑结构上,为提升间接矩阵变换器的电压增益,提出一种双Trans-准Z源网络,并将其引入到三电平间接矩阵变换器整流级和逆变级的中间环节。针对传统三电平间接矩阵变换器采用LC滤波器作为逆变级中性点电压不稳定的问题,将该中点改接到双Trans-准Z源网络的电容中点上,提升了逆变级电压稳定性。同时为降低三电平间接矩阵变换器的功率元件数量,选择了由10个功率开关构成的三电平逆变级结构。由于间接矩阵变换器的整流级的输出电压是实时变化的,电压脉动会对Z源网络的输出电压造成影响,因此建立双Trans-准Z源网络的数学模型,列写直通状态和非直通状态时的状态空间方程,引入直通占空比以得到状态空间平均模型的动态方程,分析其稳态工作点并加入小信号扰动,对小信号模型进行拉普拉斯变换,在s域下分析电容元件传递函数的幅频特性,分析整流级输出电压对双Trans-准Z源网络工作特性的影响,从而推导出双Trans-准Z源三电平间接矩阵变换器的最大电压传输比。在调制策略方面,由于SVPWM控制策略涉及较多三角函数计算,会为硬件计算带来压力,因此本文基于空间矢量脉宽调制(SVPWM)策略,提出了适用于双Trans-准Z源三电平间接矩阵变换器的载波脉宽调制(CBPWM)策略,首先根据SVPWM策略及直通环节的引入问题优化了开关作用序列,平均分配正负小矢量的作用时间以保证逆变级中点电压平衡,并推出各个功率开关切换时刻和对应的占空比。为匹配整流级和逆变级的开关频率使其统一,采用一种斜率时变的三角波,通过峰值得到整流级作用线电压切换的信号,并将逆变级占空比代入斜率时变的三角载波以推导调制波,将调制波与载波进行比较获得各功率开关驱动信号,再经过逻辑计算获得所需的控制信号。通过在Matlab/Simulink平台中搭建仿真模型,从波形得出输入电压电流同相位即单位功率运行。最后,在硬件在环平台中搭建了双Trans-准Z源三电平间接矩阵变换器的拓扑并进行实验,验证了所选拓扑和调制策略的正确性。