雙級矩陣變換器變頻調(diào)速系統(tǒng)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(shù)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(tǒng)的交一直一交變頻調(diào)速系統(tǒng)困變頻器需中間直流環(huán)節(jié)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(diào)速系統(tǒng)。其功能類似于傳統(tǒng)的變頻調(diào)速系統(tǒng)，而其結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，重量輕，并且輸入電流為正弦波，對電網(wǎng)無諧波污染。雙空間矢量調(diào)制兩級協(xié)調(diào)控制能實現(xiàn)整流級零電流換流，極大地減少了開關(guān)損耗，提高了變換器的效率。仿真結(jié)果表明，雙級矩陣變換器異步電動機變頻調(diào)速系統(tǒng)具有良好的動、靜態(tài)特性，電機起動和制動時，轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的變化快速、平穩(wěn)。
關(guān)鍵詞：雙級矩陣變換器；異步電動機；變頻調(diào)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(tǒng)的交一直一交變頻器相比，矩陣變換器(mc)具有如下優(yōu)點：控制自由度多，輸出電壓和頻率可調(diào)，變頻范圍大；輸入功率因數(shù)可調(diào)，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(wǎng)無諧波污染；結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，效率高。mc因“綠色環(huán)保”而成為電力變換器的研究熱點。常規(guī)mc是ac-ac單級（直接式）電力變換器，需要采用復(fù)雜的四步換流法進行安全換流，控制復(fù)雜，電壓傳輸比小于0 5，雙級矩陣變換器(tsmc)可以克服常規(guī)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(diào)速系統(tǒng)能獲得比傳統(tǒng)脈寬調(diào)制( pwm)變頻調(diào)速系統(tǒng)更為優(yōu)越的特性。
1tsmc異步電動機變頻調(diào)速系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)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(diào)速系統(tǒng)主電路結(jié)構(gòu)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(huán)節(jié)的濾波電感器和電容器而可以做得結(jié)構(gòu)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(lián)的雙向開關(guān)組，能實現(xiàn)能量的雙向傳遞，方便電動機實現(xiàn)四象限運行。為使開關(guān)器件關(guān)斷時不受高電壓和大電流的沖擊，一般需要設(shè)置鉗位電路，常規(guī)mc需要一組復(fù)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(lián)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(qū)動異步電動機運行。
2 tsmc的雙空間矢量調(diào)制方式
系統(tǒng)采用整流級無零矢量雙空間矢量調(diào)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(shè)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(qū)間，如圖2所示.
各個區(qū)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(nèi)將相應(yīng)的兩個****且極性為正的兩個線電壓輸出到直流側(cè)，每個線電壓的占空比等于構(gòu)成該線電壓的兩個相電壓瞬時值之比。例如在第1區(qū)間，輸出的兩個線電壓分別為uab和uac，它們對應(yīng)的占空比
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