三相-三相双级矩阵变换器的研究与实现

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1、三相一三相双级矩阵变换器的研究与实现摘要双级矩阵变换器(TSMC)因除具有矩阵变换器(MC)输入功率因数可控为l、输入输出正弦、输出频率调节范围宽和四象限运行等优良变频性能外，还具有简单的调制策略、换流策略和嵌位电路，而成为一种很有发展潜力的AC．AC直接功率变换器。本文围绕三相．三相TSMC的拓扑，以及三相．三相18开关TSMC的调制策略、共模电压抑制、仿真验证和3kw样机设计展开研究。双向开关是MC和TSMC发展的前提，对TSMC整流级使用不同结构的双向开关进行了对比分析，通过对MC和TSMC的传输矩阵推导得出二者具有等效性，证明TSMC和MC

2、有着相同的变频性能。给出了不同约束条件下，TSMC在其基本拓扑、18开关、15开关、12开关和9开关拓扑之间的简化过程，并给出了其它逆变级结构的TSMC拓扑及其研究目的。分析了18开关TSMC的双空间矢量调锖tJ(DSVM)原理，包括整流级无零矢量DSVM和有零矢量DSVM，阐述了TSMC整流级和逆变级的双级协调调制和双级换流策略目的，是达到输出电压恒定和安全换流，双级换流采用整流级零电流换流和逆变级死区换流，给出了基于Matlab／Simulink的仿真模型和仿真波形。针对TSMC存在共模电压的问题，结合TSMC共模电压的分布规律，提出了改进的D

3、SVM，在保证整流级零电流换流的基础上，达到了抑制共模电压的目的，给出了基于Matlab／Simulink的仿真验证。在理论分析的基础上，研制了基于整流级无零矢量DSVM的3kwl8开关TSMC样机。详细介绍了主电路开关器件、缓冲电路、输入滤波器和嵌位电路的参数设计，．以及基于DSP和CPLD组合的控制系统设计，其中DSP主要实现DSVM算法，CPLD主要完成信息译码、双级换流以及PWM驱动信号输出，给出了基于QuartusII的仿真波形。分析了软件设计过程中小占空比的产生原因、影响及其解决方法。在样机上得到了18开关TSMC的器件级和系统级实验波

4、形，以及采用改进DSVM前后的共模电压波形。通过仿真和实验，验证了18开关TSMC具有优良的变频性能，采用改进的DSVM达到了抑制共模电压的效果。关键词：双级矩阵变换器；双空间矢量调制(DSVM)；双级换流：共模电压；DSP和CPLD；样机设计ResearchandRealizationofThree．．Phase-．Three·-PhaseTwo-StageMatrixConverterABSTRACTTwo．stagematrixconverter(TSMC)，dueto，inadditiontohavecontrollableinputpow

5、erfactortobeone，sinusoidalinputandoutput，wideadjustmentrangeofoutputfrequencyandfour-quadrantoperationasMatrixConverter(Me)，butalsohaveasimplemodulationstrategy，commutationstrategyandclampcircuit，hasbecomeagreatpotentialAC—ACdirectpowerconverter．Thispaperundertakesastudyaround

6、thethree—phase—three-phaseTSMCtopology，aswellasmodulationstrategies，common·modevoltagerestraining，simulationverificationand3kwprototypedesignofthree·phase—three—phase18switchesTSMC．Bi-directionswitchisapremiseforthedevelopmentofMCandTSMC．Thecomparisonofdifferentbi—directionswi

7、tchstructuresinTSMC’Srectifier·levelareanalysed．TheequivalenceoftheMCandTSMCcanbefindbytransfermatrixderivation，ithasprovedtheMCandTSMCsharingthesamefrequencyperformance．Underthedifferentconstraints，thesimplifyprocessamongthebasictopology，18switches，15switches，12switchesand9sw

8、itchesofTSMCaregiven，alsotheotherinverter—levelstructureofthe