一种适用于矩阵变换器的共模电压抑制方法

摘要

本发明公开了一种适用于矩阵变换器的共模电压抑制方法；根据传统双电压调制方法选出矩阵变换器有效矢量，利用所述有效矢量的相邻方向上的一对幅值最大的大矢量和一对幅值中间的中矢量构成相反矢量，以所述相反矢量代替传统双电压调制方法中的零矢量，从而合成输出线电压；通过在传统双电压调制方法基础上构造一调制函数式，在满足矩阵变换器输入电流、输出电压控制要求的同时有效降低共模电压幅值，且保证同一输出相的理想开关切换时仅有两个理想开关发生变化。经实验证明，本发明可将共模电压降低至输入电源幅值的57.7%，同时输入与输出电流谐波含量要少于目前常用的优化零矢量调制位置法。

主权项

一种适用于矩阵变换器的共模电压抑制方法，其中，矩阵变换器由九个理想开关组成，所述九个理想开关将三相输入电压源与三相负载相连，其中任意一相负载通过其中三个理想开关与三相输入相连；其特征在于：根据传统双电压调制方法选出矩阵变换器有效矢量，利用所述有效矢量的相邻方向上的一对幅值最大的大矢量和一对幅值中间的中矢量构成相反矢量，以所述相反矢量代替传统双电压调制方法中的零矢量，从而合成输出线电压；通过在传统双电压调制方法基础上构造一调制函数式，在满足矩阵变换器输入电流、输出电压控制要求的同时有效降低共模电压幅值，且保证同一输出相的理想开关切换时仅有两个理想开关发生变化；其中，所述调制函数式如下：$\left\{\begin{array}{c}\Delta v_{o\max }^{*}=[T_A\Delta v_{i\max }+T_B\Delta v_{imid}]/T_s\\ \Delta v_{omid}^{*}=\left[\right(T_C+\frac{T_{0\max }}{4})\Delta v_{i\max }+(T_D+\frac{T_{0max}}{4})\Delta v_{imid}+\frac{T_{0\max }}{4}(-\Delta v_{i\max })+\frac{T_{0\max }}{4}(-\Delta v_{imid}\left)\right]/T_s\end{array}\right.$式中，△v^*_omax和△v^*_omid分别为矩阵变换器输出线电压最大值和中间值的期望值；△v_imax、△v_imid分别为输入线电压最大值和中间值；T_A、T_B、T_C和T_D分别为传统双电压调制下控制输出线电压△v_omax、△v_omid与输入线电压△v_imax、△v_imid相连的4个理想开关的导通时间；T_0max和T_0mid分别为传统双电压调制下控制输出线电压△v_omax、△v_omid与零电压相连的2个理想开关的导通时间；T_s为单位开关周期；该共模电压抑制方法具体步骤如下：步骤一、根据传统双电压调制方法定义矩阵变换器输入电压的最大值、中间值和最小值分别为v_imax、v_imid、v_imin，定义矩阵变换器三相输入相电压中绝对值最大的一相作为基准电压v_base，根据v_imax、v_imid、v_imin和v_base的取值，矩阵变换器的输入电压在一个周期内被划分为12个区间，该12个区间记作：输入电压所在区间1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12；定义矩阵变换器输出电压的最大值、中间值和最小值分别为v_omax、v_omid、v_omin，则矩阵变换器输出电压根据v_omax、v_omid、v_omin取值的变化可被分为6个区间，该6个区间记作：参考输出电压所在区间1、2、3、4、5、6；用V_im表示矩阵变换器输入相电压幅值；传统双电压调制时，当三相输出均连接到v_base电压相时，共模电压取得最大值，该值与矩阵变换器输入相电压幅值V_im相等，此时，矩阵变换器的开关状态为零开关状态，对应的电压矢量为零电压矢量，对应的作用时间段为传统双电压调制下控制输出线电压△v_omax与零电压相连的1个理想开关的导通时间T_0max；步骤二、通过所述调制函数式合成矩阵变换器输出线电压中间值的期望值v^*_omid，即将传统双电压调制下的零电压作用时间段T_0max均分为四段，即分别将传统双电压调制方法选出的矩阵变换器原有有效矢量相邻方向上的一对幅值最大的大矢量和一对幅值中间的中矢量代替零电压矢量作用T_0max/4，上述两对相反矢量连同传统双电压调制方法选出矩阵变换器原有的有效矢量，按照如下切换顺序确定开关信号：即同一输出相的三个开关切换过程中保证仅有两个开关状态发生变化，最终实现一个开关关断的同时另一个导通；并根据步骤一得到的矩阵变换器输入相电压和输出相电压区间选择理想开关的驱动信号，即：不同输入电压‑输出电压区间组合下矩阵变换器开关状态如下：其中：开关状态+1、‑1、+2、‑2、+3、‑3、+4、‑4、+5、‑5、+6、‑6、+7、‑7、+8、‑8、+9、‑9分别对应矩阵变换器的导通开关：S_kj，k＝A，B，C代表连接对应输入相的双向功率开关；j＝a，b，c代表连接对应输出相的双向功率开关；E、F、G、H、I、J、K和L分别为开关状态对应的导通时间；并且：$\left\{\begin{array}{c}\Delta v_{o\max }^{*}=[2·(F+G)·\Delta v_{i\max }+2·(J+K)·\Delta v_{imid}]/T_s\\ \Delta v_{omid}^{*}=[2·(G+H)·\Delta v_{i\max }+2·(I+J)·\Delta v_{imid}+2·E·(-\Delta v_{i\max })+L·(-\Delta v_{imid}\left)\right]/T_s\end{array}\right.$其中，$E=\frac{T_{omax}}{8},F=\frac{T_A-T_C}{2},G=\frac{T_C}{2},H=\frac{T_{omax}}{8}$$I=\frac{T_{omax}}{8},J=\frac{T_D}{2},K=\frac{T_B-T_D}{2},L=\frac{T_{omax}}{4}$从而，得到矩阵变换器不同输入相电压和输出相电压72种区间组合下的开关驱动信号。