[发明专利]矩阵变换器的脉宽调制控制

说明书

【技术领域】

本发明涉及电力系统。更具体地，本发明涉及用于矩阵变换器或直接变 频器的脉宽调制控制方法。

【背景技术】

矩阵变换器是一种将在其输入端的一频率的AC电压变换为在其输出端 的不同频率的AC电压的电子装置。矩阵变换器还可以改变输入信号和输出信 号之间的相幅和相数。矩阵变化器包含受脉宽调制(PWM)控制以在矩阵变 换器的输出端按照单相或多相方式提供电压的多个开关装置。矩阵变换器中 开关装置的数量是输入线和输出线中相数的函数。PWM改变了在矩阵变换器 的输入和输出之间开关的连接，使得局部平均的输出电压符合参考电压。

对于矩阵变换器的一个应用是控制AC电动机的速度和转矩。在该应用 中，矩阵变换器接收AC输入信号(例如，来自电力设施的三相信号)并将该 输入信号变换为具有与AC电动机相配的频率和振幅的单相或多相输出信号。 然而，用于将输入信号转换为合适的输出信号的许多控制算法是非常复杂的 并且消耗了大量的处理器资源。另外，将矩阵变换器并入到电动机控制系统 通常需要复杂的控制硬件，这增加了系统的成本。

【发明内容】

本发明涉及对包含多个开关元件的矩阵变换器的控制。所述矩阵变换器 适于接收具有输入频率的多相交流(AC)输入信号，并且适于产生具有输出 频率的多相AC输出信号。将所述输入信号的相整理(sort)为它们的瞬时电 压振幅的函数。从输出参考电压产生参考信号，所述输出参考电压对应于输 出信号的每个相。基于整理的输入信号相和参考信号，对输出信号的每个相 计算占空比。然后，基于对输出信号的每个相的占空比产生各自控制其中一 个开关元件的开关函数。

【附图说明】

图1是包含矩阵变换器的电力系统的示意图，所述矩阵变换器具有多个 开关元件以及用于操作所述开关元件的控制器。

图2A-2C是适于使用在图1中示出的矩阵变换器中的开关元件的示意图。

图3是用于从输入信号对多个开关元件产生开关函数的控制器的方框图。

图4是显示根据它们的瞬时值经整理的输入信号的图表。

图5A是用于产生脉宽调制函数的三角比较信号的图表。

图5B是由三角比较方法产生的中间开关函数的图表。

图5C是源自中间开关函数用于控制矩阵控制器的开关元件的开关函数 的图表。

图5D是对矩阵变换器输出的相的输出电压波形的图表。

【具体实施方式】

图1是电力系统10的示意性视图，电力系统10从电源12以输入频率接 收多相交流(AC)电并且以输出频率向负载提供多相AC电。电力系统10包 含LC滤波器20、矩阵变换器22以及矩阵变换器(MxC)控制器24。在示出 的实施例中，电源12为三相电源(包含输入相R、S和T)，其在矩阵变换 器22的输入端提供输入电压v₁、v₂和v₃并提供输入电流i₁、i₂和i₃。同样在 该示出的实施例中，矩阵变换器22向感应电动机14提供包含输出电压和和输出电流和的三相电(包括U、V和W相)。

LC滤波器20包含电感器26a、26b和26c，以及电容器28a、28b和28c。 电感器26a与输入相R串联连接，电感器26b与输入相S串联连接，并且电 感器26c与输入相T串联连接。电容器28a跨接输入相R和S，电容器28b 跨接输入相S和T，并且电容器28c跨接输入相T和R。LC过滤器20控制 电流水平并防止来自电源12的电压瞬变。