矩阵变换器的谐波注入PWM控制策略

在矩阵变换器间接变换法等效的交直和直交2个虚拟的环节上,分别采用不控整流和谐波注入PWM(HIPWM)2种简单易实现的调制方式。在三相输入电压是对称或非对称的情况下,虚拟整流环节输出的是直流波动电压,为消除此直流波动电压对虚拟逆变环节HIPWM输出的电压波形的影响,利用开关函数概念推导了对HIPWM的调制波进行补偿的补偿函数,此控制策略的硬件实现电路非常简单。应用MATLAB/Simulink进行了仿真,仿真结果表明:应用HIPWM控制策略,矩阵变换器的电压增益能够达到理论最大值0.866,输出电压中不含低次谐波,验证了所提控制算法的正确性和有效性。     

双级矩阵变换器的SPWM控制策略及无功功率控制研究

为消除整流级输出直流脉动电压对三相输出电压的影响,应用正弦脉宽调制技术对双级矩阵变换器的逆变级进行调制,利用开关函数概念推导出调制波的补偿函数。通过研究整流级功率因数的调节作用,提出了动态划分输入电压区间的方法和控制策略。采用该控制策略运用Matlab／Simulink进行仿真,结果表明了该控制策略的正确性和有效性。     

小直流电容三相变换器新型调制技术的研究

为了获得较好的逆变输出电压、较高的功率因数和较小的系统侧电流畸变率,已经采用了诸如可控整流、较大的直流滤波电容、复杂的控制器等手段。本文提出了一种三相带有很小的直流连接电容的变换器且仅通过改变相应的调制波来消除变换器输出电压谐波的可调调制波SPWM技术,并基于DSP对变换器进行了设计和分析。该变换器采用了可调调制波SPWM技术,很大程度上消除了输出电压的谐波,同时减小了直流输出滤波器的尺寸。本文还详细地阐述了三相变换器可调调制波SPWM技术,并对变换器的性能进行了全面的分析。最后通过仿真验证了三相变换器的优越性。     

输入电压不对称时矩阵变换器离散调制方法的仿真研究

交－交矩阵变换器是一种新型的“绿色”变换器，具有如下优点：无中间直流环节、具有单位输入功率因数和良好的正弦输入电流和输出电压等。针对三相输入电压对称的情况，已经有不少控制策略，但针对三相输入不对称情况的讨论却较少。因此，针对输入电压不对称的情况本文将介绍一种离散调制方法——最小平方法。这种调制方法的最大特点是：在输入电压幅值和相位不对称或者含有谐波成份时，我们可以得到对称的输出电压和电流波形；这一方法的另一优点就是调制过程简单、容易实现。     

基于重复控制的新型三相变换器研究

中间直流侧的电解电容是决定AC/DC/AC变换器使用寿命的关键,取消或减小该电容具有重大意义。针对整流级采用二极管不控整流桥、逆变级采用全控桥的拓扑结构,具体分析了整流级在SPWM调制方式下的工作模式。通过把三相输出电压划分为6个区间,并在每一个区间内根据SPWM的调制特点和三相负载电流的波形,得出了负载功率因数角与能量反馈(倒灌电流)的关系。在此基础上,通过对1个载波周期内直流侧电容上的充放电分析,给出了有倒灌电流时最小电容值的计算方法。取消或减小直流侧电容后,不控整流输出的直流电压是波动的,逆变级不能直接应用标准的SPWM。根据重复控制的原理,对重复控制可以消除输出电压中因直流电压波动而产生的低次谐波的机理进行了分析,分析结果表明应用重复控制可以使输出电压具有良好的波形。最后,应用Matlab/Simulink进行了仿真,仿真结果验证了理论分析的正确性。     

变频器谐波抑制方法及测量

变频器产生谐波的原因众所周知,目前低压变频器(≤700V)的主电路都选用交-直-交形式,且是电压型,如图1所示。它有整流部分AD/DC及逆变部分DC/AC,电容器C接在P N-。它的输入及输出电压、电流波形见图2。及输出电压、电流波形见图2。AD/DC直流逆变成交流DC/AC直流DCP 交流任意可调频率R交流U·VWSMT50HzIpcN-交流变成直流制动图1交直交电压型变频器主电路及输出电流波形主回路电源(输入)端主回路电源(输出)端主电路电压波形电流波形电压波形电流波形直流输出部分频率P -N图2输入部分:电压主波形为正弦波,但电流波形为非正弦波,…     

电网不对称故障下PWM整流器输入输出功率谐振控制

为提高三相脉冲宽度调制(PWM)整流器在电压不对称时的运行性能,分析了电网电压不对称故障下三相PWM整流器在同步旋转坐标系中的瞬时输入无功、输出有功功率模型,采用基于比例谐振(PR)控制器的功率补偿环节对整流器输入无功功率和输出有功功率波动进行补偿。比例谐振控制器能够对波动变量进行直接控制,因此,控制系统不包含对电流、电压的正、负相序分解过程,提高了系统的响应速度。提出的控制系统能够在电压单相30%跌落条件下,有效消除整流器输入无功功率及输出有功功率的2倍频波动,维持直流母线电压稳定和单位功率因数运行。与输入功率谐振补偿策略进行的仿真与实验研究对比证明了所提控制策略的可行性和有效性。     

不平衡负载情况下矩阵变换器的拓扑改进及控制策略

针对3×3矩阵变换器(matrix converter,MC)不能带不平衡负载问题,提出一种新型的3×4MC,新增加的中线桥臂连接到负载中性点。建立其交-直-交的等效模型,并通过在等效模型上对3×4MC带不平衡负载的分析可知,获得三相对称输出电压的关键是对负载中性点电位的控制。继承3×3MC的空间矢量调制(space vector pulse width modu- lation,SVPWM)方法,并根据其调制特点,分析SVPWM与正弦脉宽调制(sinusoida pulse width modulation,SPWM)的内在关系：SVPWM实质上是在三相正弦调制波中注入了零序分量的改进SPWM。对中线桥臂单独采用SPWM方法,控制负载中性点的电压为相应的零序电压,使输出为三相对称电压。采用开关函数法对网侧的输入电流进行谐波分析,得出输入电流中低次谐波的表达式。最后针对所提出的3×4MC用Matlab/Simulink进行仿真,仿真结果验证了其可行性。     

非对称输入下矩阵变换器新型电流控制策略

针对矩阵变换器的非对称输入情况,分析了其虚拟直流电压与输入电源的关系,推导了在非对称输入时虚拟直流电压的表达式,提出了基于虚拟直流电压预测的调节控制策略,即在一个开关周期内实时预测虚拟直流电压,通过预测调节系数对虚拟直流电压进行补偿,维持其为恒定值.该方法不仅降低了交流直接供电下输入电源不对称对输出的影响,使输出SPWM的控制可借鉴传统逆变器的经验,而且保证了矩阵变换器输入空间矢量的正确调制.给出了预测调节控制的原理及具体实现方法.仿真及试验结果表明,虚拟直流预测策略适用于交流变频驱动系统,可有效抑制输入不对称的影响,提高矩阵变换器在交流驱动场合的实用性.     

一种新的单相-三相矩阵变换器调制策略

针对直接型单相-三相矩阵变换器,提出一种基于正弦脉宽调制(Sine Pulse Width Modulation,SPWM)的调制方法。假定单相输入电压为余弦函数,通过构造含有输出电流频率和一族输入频率奇数倍频率的余弦函数,进行简单的加减运算作为调制波,可以获得对称的三相输出电压,并且输出电压的谐波次数、频率和幅值可控。对于感性负载,输出电流近似为正弦波形,获得了单相-三相矩阵变换器的输入电流计算公式。建立Matlab/Simulink的仿真模型,构造相应的调制函数,进行了阻感负载的仿真实验。使用DSP芯片和双向开关搭建了单相-三相矩阵变换器的实验平台,实验结果表明提出的调制策略扩大了矩阵变换器输出频率的调节范围,减小了输出电流的总谐波失真度(Total Harmonic Distortion,THD),并能保持输入功率因数为1,具有良好的性能。     

A control method for the matrix converter based on virtual AC/DC/AC conversion using carrier comparison method

This paper proposes a novel control method based on the virtual AC/DC/AC conversion for the matrix converter. The virtual AC/DC/AC conversion method is a very simple strategy to control the input current and the output voltage for the matrix converter. There are two new topics proposed in this paper. First, this paper proposes the minimum switching loss modulation on the virtual rectifier. In our proposed modulation, only two arms switching in the virtual rectifier using DC link current control by the virtual inverter can obtain clean sinusoidal input current. Second, a novel lean controlled carrier modulation on the virtual inverter is proposed. The leans of the triangle carrier are controlled by the duty ratio of the rectifier side pulse. The lean controlled carrier reduces harmonic distortion of the input current by avoiding interference between the rectifier control and the inverter control. These new proposals are confirmed by simulation and experimental results. © 2005 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 152(3): 65–73, 2005; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20144     

基于SPWM调制的双Boost单级DC/AC电路研究

介绍了双Boost DC/AC单级正弦波逆变电路结构,并分析了其工作原理.描述了在采用SPWM调制技术时该逆变电路各个功率开关触发信号的逻辑配合关系,应用PSPICE软件对其进行仿真,列出了仿真参数,给出了电容电压和负载电压、以及调制给定电压和逆变器输出电压的仿真结果.同时,构建了相应的实验电路,给出了主要的技术参数,测取了多种电流和电压的相关波形.实践研究表明,基于SPWM调制的双Boost变换电路可以实现50 kHz高频功率变换下的单级升压工频逆变输出.     

基于DSP新型PWM三相逆变器的研究

为了获得较好的逆变输出电压、较高的功率因数和较小的系统电流畸变率，已经使用了诸如可控整流、较大的滤波直流电容、复杂的控制器等手段。本文提出了一种新型三相不可控整流三相逆变器及其谐波消除PWM技术。并基于DSP对该逆变器进行了设计和分析，结合样机实验分析验证了新型逆变器的优越性。     

基于三相供电电压偏差选取直流电容参数研究

在电压型PWM AC/DC/AC变换中,直流侧储能滤波电容参数的选取是变换器稳定运行的关键因素之一。针对目前直流侧电容选取存在一定的不精确性,分析了AC/DC/AC变换电路稳态时直流电容充放电的原理,对变换器交直流侧电压的关系进行研究,建立了电容纹波电压与三相供电电压偏差之间的数学模型,提出了基于三相供电电压偏差选取直流侧电容参数的方法。分别对单相和三相不可控整流电路提供直流电源时直流侧电容C的合理选取给出了相应的分析和计算,并通过仿真和试验验证了直流储能滤波电容参数确定方法的有效性。     

单极性移相控制高频脉冲交流环节逆变器研究

高频脉冲交流环节逆变器电路结构由高频逆变器、高频变压器、周波变换器构成。在不增加电路拓扑复杂性的前提下，如何解决高频脉冲交流环节逆变器固有的电压过冲现象和实现周波变换器的软换流，是这类逆变器的研究重点。单极性移相控制高频脉冲交流环节逆变器能够将输入直流电压先调制成双极性三态的电压波，然后再解调成单极性SPWM波，经输出滤波后得到正弦电压。周波变换器功率开关是在前极输出的双极性三态的电压波为零期间进行开关转换，从而实现了ZVS换流。该文深入分析研究了高频脉冲交流环节逆变器稳态原理特性与单极性移相控制策略。采用状态空间平均法建立了逆变器平均模型，获得了输出电压、滤波电感电流、共同导通时间、单极性SPWM波占空比等关键电路参数的设计准则和逆变器的外特性曲线。设计并研制了1kVA 270VDC/115V400HzAC原理样机，试验结果证实了理论分析的正确性。这类逆变器具有电路拓扑简洁、两级功率变换(DC/HFAC/LFAC)、双向功率流、周波变换器实现了ZVS换流、单极性SPWM波、输出电压波形质量高、负载能力强等优点，包括全桥全波式、全桥桥式两种电路，前者适用于低压输出逆变场合，后者适用于高压输出逆变场合。     

矩阵变换器驱动无刷直流电动机间接调制策略

将矩阵变换器用于驱动无刷直流电动机,实现对无刷直流电动机的交-交直接控制.基于矩阵变换器交-直-交等效模型,提出一种新的用于驱动无刷直流电动机的矩阵变换器间接调制策略.兼顾输入输出性能,分别对整流级和逆变级应用不同的PWM调制策略.整流级应用不合零矢量调制,逆变级采用120°PWM斩控调制方式.文中对所采用的调制策略进...     

电压瞬时跌落时双级矩阵变换器的控制策略

双级矩阵变换器是一种新的矩阵变换器拓扑,存在中间直流环节,因此其整流级和逆变级可以分别采用空间矢量PWM调制策略.但是由于中间直流环节没有储能的电容或者电感,输入侧电压瞬时跌落直接影响输出电压和电流,降低双级矩阵变换器的性能.为了抑制输入电压瞬时跌落对双级矩阵变换器性能的影响,提出了一种整流级电路多种调制模式切换的控制策略,根据不同调制模式下电压利用率的不同,实现整流级电路各调制模式的平滑切换,提高整流级电路电压利用率,从而保证输出性能的稳定.该方法可以将整流级电路的电压利用率由SVM调制的0866提高到0955.在基于逆阻式IGBT的双级矩阵变换器样机上的实验验证了提出的方法的有效性.     

电源变换器在风力发电中的技术研究

随着风力发电技术的快速发展,高性能的电源变换技术受到人们的广泛关注.在此采用基于DSP的数字控制技术,设计了一个新型的AC/DC/AC电源变换器.该变换器前级为三相两开关Boost PFC电路,采用DSP产生两路相位差为180°频率可变的PWM信号进行控制,实现了部分解耦控制,能有效减少输入电流的谐波含量并提高功率因数...     

输入不平衡时双级矩阵变换器调制策略的改进

针对输入电压不平衡时双级矩阵变换器输出电能质量差且电压传输比低等问题,在空间矢量脉宽调制基础上提出了一种混合型控制策略.整流级采用过调制策略,保证负载侧输出最大功率,逆变级通过时变电压调制系数来实时修正逆变级占空比,确保负载侧三相对称输出,利用Matlab/Simulink对该调制策略下TSMC输出性能进行了仿真研究.仿真结果表明该方法不仅能有效改善非对称输入时输出波形,提高电压利用率,而且算法简单易于实现.