[发明专利]一种矩阵变换器空间矢量调制策略的控制系统及控制方法

说明书

本发明涉及一种矩阵变换器空间矢量调制策略的控制系统及控制方法，控制系统包括矩阵变换器主电路、负载电流方向信号检测电路、输入电压信号检测电路、CPU控制器、2‑4译码器、四步换流逻辑电路；四步换流逻辑电路的输出端与矩阵变换器主电路九个双向功率开关的输入端连接；负载电流方向信号检测电路的输出端与四步换流逻辑电路的电流输入端连接；输入电压信号检测电路的输出端与CPU控制器的电压输入端连接；CPU控制器的输出端与2‑4译码器的地址输入端连接；2‑4译码器的输出端与四步换流逻辑电路的控制输入端连接。本发明简化了控制电路，提高了四步换流逻辑电路的工作效率，减少了系统故障率，提高了系统的控制性能。

技术领域

本发明涉及驱动电动机的变换器控制领域，尤其涉及一种三相矩阵变换器空间矢量调制策略的控制系统及控制方法。该矩阵变换器具有按3×3开关矩阵形式排列的九个双向功率开关，其双向功率开关分别由两个反向串联的半导体开关组成。

背景技术

矩阵变换器是一种没有中间回路的直接变换器。通过将双向功率开关排列成3×3开关矩阵的形式，矩阵变换器的三个输出相的每一相可分别与一个输入相连接，每一个输出相通过三个双向功率开关分别与三个输入相连接。通过控制各个双向功率开关，能将给定的交流输入直接转换成不同电压和不同频率的交流输出，并能得到正弦形的电网电流。

三相矩阵变换器由九个双向功率开关，按3×3开关矩阵形式构成，通过控制九个双向功率开关可以使输出相A、B、C与任意一个期望的输入相a、b、c直接连接。矩阵变换器的每个输出相A或B或C通过三个双向功率开关与三相输入a,b,c相连接，三相矩阵变换器的主电路和控制电路图如图1所示。

在矩阵变换器中，双向功率开关由两个反向串联的半导体开关构成，双向功率开关的电路图如图2所示(以S_Aa为例)。在中、小功率矩阵变换器中，选用具有一个反并联二极管的绝缘栅极双极晶体管(IGBT)作为此半导体开关。两个反向串联的半导体开关可采用“共发射极”或者“共集电极”的拓扑结构。通过分别控制两个半导体开关S_{Aa_p}和S_{Aa_n}，可以将电流路径按某一方向接通。如果定义负载电流从输入相流向输出相为电流正方向，那么当负载电流为正方向时，半导体开关S_{Aa_p}导通，当负载电流为负方向时，半导体开关S_{Aa_n}导通。一般情况下，允许两个半导体开关S_{Aa_p}和S_{Aa_n}同时管段，但不允许两个半导体开关S_{Aa_p}和S_{Aa_n}同时导通，以防输入相之间短路。

传统的控制方法一般是首先根据输出电压空间矢量和输入电流空间矢量的幅值和相位，计算出输出电压空间矢量和输入电流空间矢量的所在区间以及对应的调制度，输出电压空间矢量和输入电流空间矢量区间划分图如图3和图4；其次计算出所用电压空间矢量的作用时间；然后根据输入电流空间矢量所在区间和输出电压空间矢量所在区间，确定所用的五个电压空间矢量；最后按照矩阵变换器的空间矢量调制策略，在每个调制周期中电压空间矢量对应的作用时间，确定五个电压空间矢量的开关状态顺序。按此开关状态顺序和作用时间控制双向功率开关，则在每个调制周期中可以获得与期望电压的平均值相同的输出电压。