基于雙空間矢量調(diào)制方法分析矩陣變換器

摘要：矩陣變換器的控制是一項(xiàng)復(fù)雜的任務(wù)。對(duì)矩陣變換器應(yīng)用雙空間矢量調(diào)制方法進(jìn)行了詳盡的分析，利用Matlab／Simulink軟件并借助于其中的S函數(shù)進(jìn)行了仿真。結(jié)果證明，這種調(diào)制策略使整個(gè)調(diào)制時(shí)間縮短，設(shè)計(jì)可靠，矩陣變換器復(fù)雜的控制過程被簡化了，輸出線電壓是正弦性很好的PWM波形。給實(shí)際研究和設(shè)計(jì)提供了方便。
關(guān)鍵詞：矩陣變換器；Matlab／Simulink；雙空間矢量調(diào)制；S函數(shù)；占空比

傳統(tǒng)的AC／DC／AC變換器體積和重量龐大(存在直流環(huán)節(jié))，諧波電流的存在對(duì)其他的設(shè)備有嚴(yán)重的影響。矩陣變換器的提出解決了這些問題，相比較傳統(tǒng)的變換器，矩陣變換器有以下優(yōu)點(diǎn)：
1)沒有電感器或電容器這樣體積龐大的儲(chǔ)能元件，結(jié)構(gòu)緊湊，體積大大減小；
2)通過濾波器，開關(guān)頻率諧波能夠減少到符合要求，就可以得到正弦輸入電流；
3)可控的輸入功率因素，可達(dá)到1，更高的可靠性；
4)雙向開關(guān)的使用，使變換器的四象限換流非常容易，能量可雙向流動(dòng)；
5)對(duì)復(fù)雜的環(huán)境條件具有很高的適應(yīng)度，能在高、低壓環(huán)境中使用，也可以用在高溫環(huán)境中，諸如太空和水下(因?yàn)殡娊怆娙莸氖褂檬艿较拗?，非常適合用在潮汐發(fā)電站中。
基于上述諸多的優(yōu)點(diǎn)，使矩陣變換器越來越多地被關(guān)注，然而，至今它還不是一個(gè)成熟的技術(shù)。焦點(diǎn)主要集中在它的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，控制方法，換流技術(shù)。通常使用的控制方法是空間矢量調(diào)制法，而在現(xiàn)有的資料中很少有非常詳盡的描述。本文將對(duì)矩陣變換器應(yīng)用雙空間矢量調(diào)制法進(jìn)行詳盡的分析。

1 雙空間矢量調(diào)制策略
矩陣變換器應(yīng)用雙空間矢量調(diào)制法(SVM)時(shí)可以等效為一個(gè)虛擬的整流器和一個(gè)虛擬的逆變器，它們的6個(gè)有效的空間矢量分別如圖1所示，對(duì)輸入電流和輸出電壓分別進(jìn)行嵌套。從而有36種可能的扇區(qū)組合。

以虛擬整流器、逆變器均工作在第一扇區(qū)為例，相量合成的固定空間電流、電壓相量分別是I6、I1和U6、U1，兩個(gè)空間相量的綜合調(diào)制采用相互嵌套的辦法來實(shí)現(xiàn)。整個(gè)輸入相電流和輸出相電壓相量合成共有I6-U6、I6-U1、I1-U6、I1-U1、I0-U0 5種組合。每一相量組合的作用時(shí)間用占空比duty來表示。等式(1～5)反映了占空比的計(jì)算公式。占空比可以通過表1來分配給相應(yīng)的開關(guān)組合。

式中，θi、θv是相應(yīng)輸入相電流的相角和輸出線電壓的相角。m為調(diào)制比。當(dāng)4個(gè)占空比的總和小于一個(gè)周期時(shí)，補(bǔ)充零開關(guān)組合來完成一個(gè)PWM周期，零開關(guān)組合的占空比計(jì)算公式如下：

等式(1～5)表明了4個(gè)作用矢量和一個(gè)零矢量在每個(gè)采樣周期內(nèi)的持續(xù)時(shí)間。每個(gè)占空比相應(yīng)于表1一個(gè)特定的開關(guān)組合。表1中電壓矢量在4、5、6扇區(qū)的符號(hào)值可以通過以下方法得出。