三相四桥矩阵变换器控制策略研究与实现

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1、学校代码10530学号201510171759分类号TM46密级公开硕士学位论文三相四桥矩阵变换器控制策略研究与实现学位申请人黄松涛指导教师郭有贵教授许烈副教授学院名称信息工程学院学科专业电气工程研究方向电力电子与电力传动二○一八年六月六日ResearchandRealizationofControlStrategyBasedonThree-phaseFour-legMatrixConverterCandidateHuangSongtaoSupervisorGuoYougui(Professor)XuLie(Professor)CollegeCollegeofInformationEngine

2、eringProgramElectricalEngineeringSpecializationPowerElectronicsandPowerDrivesDegreeMasterofEngineeringUniversityXiangtanUniversityDate6thJune2018摘要作为一种AC-AC型“绿色变换器”，三相三桥矩阵变换器(Three-phaseThree-legMatrixConverter,简称3LMC)的高功率密度，四象限运行、无大容量DC储能环节、体积小、重量轻等优点，自提出以来一直受到国内外学者的广泛关注，应用前景广阔。三相四桥矩阵变换器（Three-phas

3、eFour-legMatrixConverter,简称4LMC)是在3LMC拓扑基础上衍生出来的一种直接AC-AC型变换器。4LMC不仅继承了3LMC的全部优点，还具有3LMC无法比拟的优势：带不平衡负载。首先，本文对传统的3LMC的两种拓扑结构分别作了介绍，对比分析了直接空间矢量调制和间接空间矢量调制的特点，指出两种调制策略之间可以相互等效。同时在MATLAB/Simulink中搭建了仿真模型，仿真结果表明3LMC输出只能带平衡负载，对于不平衡负载却无能为力。其次，针对传统3LMC的固有缺点，本文提出了一种直接AC-AC型变换器——4LMC。基于该拓扑结构，详细分析了三维立体空间矢量调制(T

4、hreeDimensionalSpaceVectorModulation,简称3DSVM)策略的原理及实现过程，同时给出了6个开关状态占空比的数学推导过程。基于4LMC+三相平衡负载，在Simulink模块中搭建了仿真模型，验证了3DSVM策略的正确性。接着，基于4LMC输出带不平衡负载的拓扑结构，提出负载电流的正负零序分离算法；通过建立数学模型，推导出了4LMC的输出电压期望表达式，实现了输出三相不对称负载上的电压平衡。针对4LMC负载中性点共模电压过高会产生漏电流，破坏电机轴承，加速电机老化等问题，提出了优化分区选择零矢量的方法，降低零矢量产生的共模电压。基于4LMC+三相不平衡负载，在S

5、imulink模块中搭建了仿真模型，验证了基于负载电流正负零序分离算法和共模电压抑制策略的正确性。最后，为了验证理论分析和仿真验证的正确性，搭建了一套4LMC实验样机，详细介绍了主电路拓扑、双向二极管箝位吸收电路、电压电流检测及信号调理电路、IGBT驱动电路等的设计方法。设计了一套以TMS320F28335+EP4CE22E22I7N为控制器的软件控制系统，同时给出了软件设计流程图。实验验证了本文所提控制策略是正确的，可行的。关键词：三相四桥矩阵变换器；负载不平衡；共模电压；三维立体空间矢量调制IAbstractAsakindofAC-AC"greenconverter",three-phas

6、efour-legmatrixconverter(3LMC)hasbeenwidelyconcernedbyscholarsbothathomeandabroadforitshighpowerdensity,fourquadrantoperation,nolargecapacityDCenergystoragelink,smallvolumeandlightweight,andhasbroadapplicationprospects.Three-phasefour-legmatrixconverter(4LMC)isadirectAC-ACconverterderivedfromthe3LMC

7、topology.Notonlydoes4LMCinheritthefullbenefitsof3LMC,italsohastheadvantageofoutputtingunbalancedloads.Firstly,thetraditionaltwotopologiesof3LMCareintroducedrespectively,andthecharacteristicsofdirectsp