【摘 要】
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间接矩阵变换器（Indirect Matrix Converter,IMC）因输入输出特性、功率密度、运行效率、过载能力等优势,在新能源发电系统和交流电机传动领域具有广泛的应用前景,但基于脉宽调制的IMC不可避免会产生共模电压。在电机驱动系统中,共模电压在开关跳变时刻会产生较大du/dt,流入地线产生高频漏电流,给周围设备带来电磁干扰问题。此外高频高幅值共模分量作为激励源,会在电机转轴上感应出轴电
【基金项目】
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国家自然科学基金（51907049）；
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间接矩阵变换器（Indirect Matrix Converter,IMC）因输入输出特性、功率密度、运行效率、过载能力等优势,在新能源发电系统和交流电机传动领域具有广泛的应用前景,但基于脉宽调制的IMC不可避免会产生共模电压。在电机驱动系统中,共模电压在开关跳变时刻会产生较大du/dt,流入地线产生高频漏电流,给周围设备带来电磁干扰问题。此外高频高幅值共模分量作为激励源,会在电机转轴上感应出轴电压,在杂散电容作用下形成轴承电流,破坏绕组绝缘,导致轴承损坏,影响电机可靠运行。虽然现有多种抑制IMC共模电压峰值的调制方法被提出,但对于IMC共模电压频域特性的研究较少。本文从频域角度出发,对多种IMC调制方法的共模分量进行频域特性研究,完善共模电压频域理论,为进一步抑制IMC的输出共模电压提供理论参考依据。本文首先对IMC传统空间矢量调制方法的基本原理进行介绍,然后基于三重傅里叶级数对IMC的输出共模电压进行数学建模,获得共模电压频谱,量化分析调制参数零矢量占空比系数和电压传输比对共模分量的影响。根据分析结果,提出在不同电压传输比下的最优零矢量占空比系数ik（min）的调制策略,大幅度降低了共模分量3fin幅值,有效抑制了IMC输出低频共模分量。为进一步完善IMC输出共模电压频域特性理论,本文以抑制42.3%共模电压峰值的5种调制方法为研究对象,利用三重傅里叶级数获得该5种调制方法对应的共模电压频谱,对比分析了5种调制方法输出共模分量在不同电压传输比下的变化规律,基于分析结果,评估了该5种调制方法对输出共模分量的抑制能力。为简化三重傅里叶建模的复杂性,提出共模电压有效值的建模方法,通过计算不同调制方法的输出共模电压有效值,根据有效值大小来评估5种调制策略对共模电压的抑制能力。通过分析传统空间矢量调制方法输出共模分量的频域特性可知,合理的选择零矢量占空比系数可以大大减小低频共模分量幅值,提高系统运行的可靠性。通过分析5种调制方法输出共模分量的频域特性可知:共模分量主要集中在开关频率处,且关于整数倍开关频率呈对称分布;距离开关频率越远的共模分量,其幅值越小;在较高频段的共模分量,其幅值呈减小变化趋势。从频域角度评估5种调制方法对共模电压的抑制能力可知,逆变级采用四有效电压矢量的调制方法对共模分量的抑制效果最好。最后通过实验验证了间接矩阵变换器输出共模电压频域特性的理论分析的正确性。
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