雙級矩陣變換器變頻調速系統特性研究與仿真
潘湘高12， 李丹云3， 申群太3
（1湖南文理學院電氣與信息工程學院，湖南常德41 5000 2中山大學數學與計算科學學院，廣東廣州510000；
3中南大學信息科學與工程學院，湖南長沙410082）
摘要：為克服傳統的交一直一交變頻調速系統困變頻器需中間直流環節的濾波電感器和電容器而使其體積大，笨重及諧波大的缺點，研究了雙級矩陣變換器異步電動機變頻調速系統。其功能類似于傳統的變頻調速系統，而其結構緊湊，體積小，重量輕，并且輸入電流為正弦波，對電網無諧波污染。雙空間矢量調制兩級協調控制能實現整流級零電流換流，極大地減少了開關損耗，提高了變換器的效率。仿真結果表明，雙級矩陣變換器異步電動機變頻調速系統具有良好的動、靜態特性，電機起動和制動時，轉矩和轉速的變化快速、平穩。
關鍵詞：雙級矩陣變換器；異步電動機；變頻調速
中圖分類號：tm921. 5l 文獻標識碼：a文章編號：1673-6540(2010)03-0035-05
0 引 言
與傳統的交一直一交變頻器相比，矩陣變換器(mc)具有如下優點：控制自由度多，輸出電壓和頻率可調，變頻范圍大；輸入功率因數可調，可超前、滯后或為1。輸入和輸出電流為正弦波，諧波很小，對電網無諧波污染；結構緊湊，體積小，效率高。mc因“綠色環保”而成為電力變換器的研究熱點。常規mc是ac-ac單級（直接式）電力變換器，需要采用復雜的四步換流法進行安全換流，控制復雜，電壓傳輸比小于0 5，雙級矩陣變換器(tsmc)可以克服常規mc的這些缺點，并且可以完咸與mc相同的功能91。由tsmc和異步電動機組成變頻調速系統能獲得比傳統脈寬調制( pwm)變頻調速系統更為優越的特性。
1tsmc異步電動機變頻調速系統電路結構及分析
有18個絕緣柵雙極晶體管(icbt)的tsmc異步電動機變頻調速系統主電路結構如圖l所示，主要由輸入濾波器，三相pwm整流器、鉗位電路、三相spwm逆變器和異步電動機組成。tsmc因無中間直流環節的濾波電感器和電容器而可以做得結構緊湊、重量輕、體積小。整流器的六個橋臂各由兩個icbt反向串聯的雙向開關組，能實現能量的雙向傳遞，方便電動機實現四象限運行。為使開關器件關斷時不受高電壓和大電流的沖擊，一般需要設置鉗位電路，常規mc需要一組復雜的二極管和電容器，而tsmc的鉗位電路則很簡單，只由一個二極管和一個電容器串聯組成。
tsmc的工作方式類似于ac-dc-ac雙pwm變頻器，分兩級控制：整流級為pwm控制方式，輸出pwm直流電壓；逆變級為spwm控制方式，輸出spwm交流電壓驅動異步電動機運行。
2 tsmc的雙空間矢量調制方式
系統采用整流級無零矢量雙空間矢量調制策略。為提高電匪利用率，整流級采用無零矢量pwm，而逆變級采用spwm。
2.1整流級采用無零矢量pwm
假設tsmc輸入對稱的三相正弦電壓為：
為使整流級輸出正極性的直流電壓并獲得****的電壓利用率，把輸入三相電壓的一個周期分為六個區間，如圖2所示.
各個區間的共同特點是：一相電壓****值****，另外二相電壓極性與其柏反。把一個pwm周期分為兩個時間段，并分別在兩段時間內將相應的兩個****且極性為正的兩個線電壓輸出到直流側，每個線電壓的占空比等于構成該線電壓的兩個相電壓瞬時值之比。例如在第1區間，輸出的兩個線電壓分別為uab和uac，它們對應的占空比
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