稀疏矩阵变换器共模电压峰值抑制研究

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矩阵变换器(Matrix Converter,MC)因具有能量双向流动,输入功率因数可控,正弦输入输出电流,无中间储能环节等诸多优点而受到广泛的关注。基于PWM调制的矩阵变换器不可避免地在输出端产生共模电压(Common mode Voltage,CMV),而共模电压是破坏电机绕组绝缘,造成轴承损坏以及电磁干扰(EMI)的主要原因。共模电压干扰是制约矩阵变换器可靠运行的技术瓶颈之一。本文针对矩阵变换器现有共模电压峰值抑制方法不能在全线性电压范围内运行、输入或输出谐波较大等问题,以稀疏矩阵变换器为研究对象开展研究。本文首先分析了稀疏矩阵变换器开关状态以及对应的矢量。基于开关状态,开拓性地提出了开路电流矢量的概念以及开路电流矢量应用的约束条件。在此基础上,建立了开路电流矢量作用下的共模等效电路。共模等效电路分析可获得当开路电流矢量和零电压矢量适当配合作用下的共模电压峰值为0.5倍输出相电压,为共模电压峰值抑制方法提供了一个新的矢量选择。基于开路电流矢量作用下的共模电压分析,按照最少开关动作和相邻两个有效矢量合成原则,提出了一种基于开路电流矢量的空间矢量调制策略。该策略的整流级调制分为两部分:1)当逆变级采用有效电压矢量时,整流级采用有效电流矢量。2)当逆变级采用零电压矢量时,整流级的开路电流矢量被应用。逆变级调制与传统空间矢量调制策略相同。基于一个载波周期内的波形分析计算谐波畸变率和基波有效值,该抑制策略在保证了输入输出波形质量和电压传输比与传统SVM调制策略基本相同的基础上,有效地降低了共模电压峰值42.3%。通过对比传统空间矢量调制方法和基于开路电流矢量抑制共模电压的空间矢量调制方法在输入输出电流THD和共模电压峰值的性能,验证本文提出的基于开路电流矢量抑制共模电压的调制策略的有效性。
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