双级矩阵变换器高性能调制策略的研究

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1、摘要双级矩阵变换器是在单级矩阵变换器基础上发展起来的一种新型拓扑结构的电力变换器。它不仅具备了单级矩阵变换器的优良特性：能量可以双向流通、正弦输入输出电流电压波形、可控的输入功率因数、结构紧凑，体积小，而且克服了其存在的诸如钳位电路庞大，换流控制复杂等不足，成为目前最有发展潜力的一种电力变换器。但是双级矩阵变换器还有一些问题尚未解决，主要体现在以下两个方面：(1)双级矩阵变换器存在输出电压传输比低的缺陷，无法满足诸多电器设备额定运行的条件，成为推广双级矩阵变换器应用的主要障碍；(2)因为双级矩阵变换器的开关器件多，并且开关频率比较高，故损耗较大，影响系统

2、的效率和系统散热管理。论文深入分析了双级矩阵变换器的拓扑结构、工作原理以及常规调制策略。在此基础上，针对双级矩阵变换器常规调制策略电压传输比低的问题，在不改变双级矩阵变换器拓扑结构的前提下，论文提出了一种可以提高电压传输比的调制策略——双级矩阵变换器过调制策略。该策略实现了电压传输比㈣．955连续可调。论文建立了双级矩阵变换器传导损耗模型和开关损耗模型，并在此基础上，提出了低损耗调制策略—一面过减少中间直流电压有效地减少了双级矩阵变换器开关损耗。通过常规调制策略和低损耗调制策略的损耗对比分析，验证了低损耗调制策略的功率损耗要小于常规调制策略。论文进一步提

3、出了双级矩阵变换器混杂调制策略，该策略根据电压传输比来自行调用合适的算法。混杂调制策略综合了低损耗调制策略、过调制策略和常规调制策略的优点，进一步提高了双级矩阵变换器的性能和实用性。论文设计了双级矩阵变换器混杂调制策略的DSP控制程序，在双级矩阵变换器样机上进行了实验研究。仿真和实验结果验证了这三种调制策略的可行性和优良性。关键词：双级矩阵变换器，电压传输比，过调制策略，开关损耗，低损耗调制策略，混杂调制策略ABSTRACTDual—stagematrixconverter(DSMC)iSapowerelectronicconverterwithnewt

4、opologydevelopedonthebasisofconventionalmatrixstructure．Ithasthesameexcellentadvantagesastheconventionalmatrixconverter(CMC)，suchastwo-waycirculationoftheenergy,sinusoidalinput／outputvoltageandcurrentwaveforms，controllableinputpowerfactor,compactstructureetc．Atthesametime，DSMCove

5、rcomestheshortcomingsofCMC，suchashugeclampcircuitandcomplexswitchingcommutationcontr01．SoitiSaverypotentialpowerconverter．ButtherearetwoproblemsofDSMC：1．themaximumvoltagetransferofDSMCisjustO．866；2．DSMChasmanyswitchesoperatingonhighfrequency,SOtheconductionandswitchinglossesofDSM

6、Carelarge．Thepaperanalysesmathematicsdual—stagematrixtopology,operationmechanismandtheconventionalmodulationalgorithm．AimingtosolvethelOWvoltagetransferratioproblemoftheconventionalmodulationmethod,allovermodulationmethodtoenhancevoltagetransferratioofdual—stagematrixconverterisp

7、roposedwithoutchangingtheoriginaltopology．ThentheconductionandswitchinglOSSesofDSMCareanalyzed．Anovelmodulationmethodtoreducetheswitchinglossesisproposedbasedonpreviousanalysis．Theswitchinglossesareminimizedbyemployingthelowestandthesecondlargerinputline．．to．．1inevoltageforthesyn

8、thesisoftheDClinkvoltage．11becomparisono