[发明专利]一种三相—六相矩阵变换器的六相同步矢量调制方法

说明书

本发明公开了一种三相—六相矩阵变换器的六相同步矢量调制方法，包括以下步骤：(1)六相输出线电压空间矢量调制；(2)三相输入相电流空间矢量调制；(3)三相—六相矩阵变换器空间矢量调制；本方法采用间接控制策略，构造一个虚拟的中间直流环节，将输出电压的合成过程分解为交—直变换和直—交变换两部分；这两部分都采用空间矢量调制方法，分别应用SVPWM整流和逆变技术对输入电流波形和输出电压波形进行合成，适用于各种六相感性负载，对采用矢量控制的六相电机负载尤为合适；采用该方法能够使控制系统结构紧凑，降低了装置的尺寸和重量，有效降低了系统的控制复杂度，显著降低调制的工作量。

技术领域

本发明涉及矩阵变换器类交—交变频器的调制算法及其中开关管的控制策略技术领域，特别涉及一种三相—六相矩阵变换器的六相同步矢量调制方法。

背景技术

多相电机与常规三相电机相比，在低压大功率、可靠性要求高等应用场合具有难以逾越的优势，在这些领域内，多相电机及其调速控制系统得到了广泛应用，同时受到业内人士及相关从业人员普遍关注和高度重视。多相电机系统可以采用低压功率器件实现大功率控制，避免了功率器件串联引发的器件均压问题；在供电电压受限的场合，中大功率的逆变器可由现有功率等级的单个功率器件实现，从而避免了由于功率器件并联导致的器件均流问题；转矩脉动的幅值减小，而脉动的频率增加，系统动、静态特性得到改善；采用相冗余结构，改善了驱动系统的可靠性；具有比三相电机调速系统更多的控制资源和潜能，可以使用一些非常规的控制模式。上述特点和优势促成多相电机系统深度发展和规模应用。

多相电机调速系统电路实现与三相电机调速系统基本相同，主要采用交—直—交变频器和交—交变频器，其中以交—直—交变频器居多。变频器的调制方法以SPWM和SVPWM为主。由于多相电机绕组相数较多，其调制技术相对复杂、困难。目前，六相电机变频器的空间矢量调制方法种类繁多，但大同小异，区别不大。这些调制方法大多将六相绕组分成两组，每组包含三相，即将一台六相电机分解为两台三相电机，它们相互独立。这种变换处理方式本质上将一台六相电机的调制转换为对两台三相电机的调制。本发明则在一个六扇区矢量空间中完成调制工作，将一台六相电机的调制转换为对一台三相电机的调制。转换的三相电机数目的不同是本发明与当前通行的六相SVPWM调制算法间本质区别的关键和根源。

当前，交—交变频系统大多采用交—直—交的拓扑结构。该结构由两部分构成：输入侧的AC—DC整流器和输出侧的DC—AC逆变器。AC—DC整流器将输入工频交流电变换为直流电，DC—AC逆变器则将前级输出的直流电变换为多相交流电。在一定范围内，输出交流电的幅值、频率及初始相位均可任意设置。针对三相交流输入和六相交流输出的交—直—交变频实现方案通常为三相PWM整流器与六相逆变器级联。其中的三相PWM整流器多采用空间矢量调制方法，将三相输入看作三相交流电机定子绕组，参照三相交流电机矢量控制方法划分矢量空间，依据SVPWM的矢量合成法则生成控制电压矢量，从而得到要求的输入电流波形。输入侧PWM整流器支持能量双向流动，即输入交流侧—直流侧和直流侧—输入交流侧，因而它具有正向驱动负载和反向再生反馈的功能。输出侧的六相逆变器也采用空间矢量调制方法，矢量空间划分、电压矢量合成方法与输入侧PWM整流器类同，支持能量双向流动。输出侧六相逆变部分通常采用的调制算法是基于三相逆变器的空间矢量调制算法，其基本思路是将一台六相逆变器分解为两台三相逆变器分别应用三相SVPWM调制算法进行调制，控制六相桥臂中的开关管开通与关断。