[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

摘要

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。

主权项

1.一种矩阵变换器空间矢量调制策略的控制系统，其特征在于其包括：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；其中，所述输出代表功率开关器件驱动信号的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控制端连接；输出代表负载电流方向信号的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；输出代表输入电压信号的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；输出代表电压空间矢量地址信号的CPU控制器的输出端与2‑4译码器的地址输入端连接；输出代表九个双向功率开关驱动信号的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；所述2‑4译码器是把从CPU控制器输出的地址信号换成开关器件的驱动信号并送入四步换流逻辑电路的一种转换器；所述CPU控制器是完成输出电压空间矢量区间号Sv、输入电流空间矢量区间号Si和空间矢量作用时间顺序号St的计算、查三维查询电压空间矢量选择表得到当前所用电压空间矢量、查输出电压空间矢量对应地址信号表得到送入三个2‑4译码器的地址信号的一种控制器；该控制系统的控制方法为：根据输出电压空间矢量区间号Sv、输入电流空间矢量区间号Si和空间矢量作用时间顺序号St，利用CPU控制器查三维查询电压空间矢量选择表得到当前所用电压空间矢量，再利用电压空间矢量对应的地址信号送入三个2‑4译码器产生开关器件的驱动信号，通过四步换流逻辑电路驱动矩阵变换器的九个开关器件，实现对矩阵变换器的控制，具体为：(1)：根据期望输出电压幅值和频率求出输出电压空间矢量u_o，计算公式为：利用输入电压信号检测电路得到的三相输入相电压求出输入电压空间矢量u_i，计算公式为：(2)：利用输出电压空间矢量的幅值U_o和输入电压空间矢量的幅值U_i计算出矩阵变换器的电压调制度m，计算公式为：(3)：利用输出电压空间矢量的相位θo计算出输出电压空间矢量所在的区间Sv，并求出输出电压空间矢量所在区间的相对位置角θ′o，计算公式为：⑴当0＜θo≤π/3时，Sv＝1，θ′o＝θo；⑵当π/3＜θo≤2π/3时，Sv＝2，θ′o＝θo‑π/3；⑶当2π/3＜θo≤π时，Sv＝3，θ′o＝θo‑2π/3；⑷当π＜θo≤4π/3时，Sv＝4，θ′o＝θo‑π；⑸当4π/3＜θo≤5π/3时，Sv＝5，θ′o＝θo‑4π/3；⑹当5π/3＜θo≤2π时，Sv＝6，θ′o＝θo‑5π/3；(4)：为提高矩阵式变换器的功率因数，设定输入电压空间矢量与输入电流空间矢量的相位差利用输入电压空间矢量的相位计算出输入电流空间矢量所在的区间S_i，并求出输入电流空间矢量所在区间的相对位置角θ′_i'，计算公式如下：⑴当‑π/6＜θi≤π/6时，Si＝1，θ′i＝θi；⑵当π/6＜θi≤π/2时，Si＝2，θ′i＝θi‑π/3；⑶当π/2＜θi≤5π/6时，Si＝3，θ′i＝θi‑2π/3；⑷当5π/6＜θi≤7π/6时，Si＝4，θ′i＝θi‑π；⑸当7π/6＜θi≤9π/6时，Si＝5，θ′i＝θi‑4π/3；⑹当9π/6＜θi≤11π/6时，Si＝6，θ′i＝θi‑5π/3；(5)：根据电压调制度m、输出电压空间矢量所在区间的相对位置角θ′o和输入电流空间矢量所在区间的相对位置角θ′i计算出电压空间矢量的作用时间：Tαm、Tαn、Tβm、Tβn、T0，计算公式为：Tαm＝m·sin(60°‑θ′o)·sin(60°‑θ′i)Tαn＝m·sin(60°‑θ′o)·sinθ′iTβm＝m·sinθ′o·sin(60°‑θ′i)Tβn＝m·sinθ′o·sinθ′iT0＝Ts‑Tαm‑Tαn‑Tβm‑Tβn；(6)：按照九段对称式电压空间矢量调制模式，根据五个开关状态的调制顺序计算出电压空间矢量作用的时间顺序号St：具体为：⑴如果Sv+Si为奇数，则T1＝Tαm，T2＝Tαn，T3＝Tβm，T4＝Tβn，T5＝T0；⑵如果Sv+Si为偶数，则T1＝Tαn，T2＝Tαm，T3＝Tβn，T4＝Tβm，T5＝T0；因此：①当0≤t＜T1/2时，St＝1；②当T1/2≤t＜(T1+T2)/2时，St＝2；③当(T1+T2)/2≤t＜(T1+T2+T3)/2时，St＝3；④当(T1+T2+T3)/2≤t＜(T1+T2+T3+T4)/2时，St＝4；⑤当(T1+T2+T3+T4)/2≤t＜(T1+T2+T3+T4)/2+T0时，St＝5；⑥当(T1+T2+T3+T4)/2+T0≤t＜(T1+T2+T3)/2+T0+T4时，St＝6；⑦当(T1+T2+T3)/2+T0+T4≤t＜(T1+T2)/2+T0+T4+T3时，St＝7；⑧当(T1+T2)/2+T0+T4+T3≤t＜T1/2+T0+T4+T3+T2时，St＝8；⑨当T1/2+T0+T4+T3+T2≤t＜T0+T4+T3+T2+T1＝Ts时，St＝9；(7)：根据输出电压空间矢量区间号Sv、输入电流空间矢量区间号Si和空间矢量作用时间顺序号St，利用CPU控制器查三维查询电压空间矢量选择表得到当前所用电压空间矢量U(s)3，并利用输出电压空间矢量对应地址信号表求出电压空间矢量对应的地址信号U(s)2；(8)：把电压空间矢量对应的地址信号U(s)2通过CPU控制器的PWM1～PWM6输出口送入2‑4译码器产生开关器件的驱动信号；(9)：由三个2‑4译码器输出的开关器件驱动信号通过四步换流逻辑电路驱动矩阵变换器的九个开关器件，实现对矩阵变换器的控制。