矩阵式变换器四步换流的仿真研究

矩阵式变换器四步换流的仿真研究

郭有贵,朱建林

(湘潭大学信息工程学院　湖南湘潭　411105)

摘　要:利用SIM U L IN K 对矩阵变换器的四步换流进行了仿真,验证了理论的正确性。关键词:矩阵变换器;四步换流;SIM U LI NK 仿真;电流

中图分类号:T P 337 文献标识码:A 文章编号:1004373X (2003)0706202

A Simulation Study on Four step Commutation for Matrix C onverters

GU O Y oug ui,ZHU Jianlin

(Colleg e of Info rmatio n Engineering ,Xi a ng tan University ,Xiangta n,411105,China)

Abstract :Simula tes t he fo ur st ep comm ut atio n fo r mat rix conv erter s by means o f SIM U L IN K .It ver ifies the cor rectness o f

four

step commutat ion theo ry.

Keywords :mat rix co nv ert er s;fo ur

st ep co mmutatio n;SIM U LI NK simulatio n;cur rent

收稿日期:200301

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矩阵式变换器的安全换流非常重要,否则,将导致开关管的损坏。换流是指将负载电流从一个双向开关管换到另一个双向开关管。在调制过程中,矩阵式变换器开关管通断状态不断改变,从而使换流始终存在于矩阵式变换器的运行过程中,因此,安全换流是矩阵式变换器控制策略中一项至关重要的问题。

同一输出相的双向开关的换流方法主要有3种:(1)插入死区延时法。他不能工作在电流连续的情况下,且开关损耗大,但控制方法简单。

(2)N.Burany 提出的一种四步换流策略,可实现半软开关换流。被认为是最有前途的方法。

(3)台湾学者潘晴财教授提出的一种基于电流滞环调制的谐振式软开关换流策略。这仅限于电流滞环调制的矩阵式变换器换流。1　四步换流

1.1　2个双向开关之间的换流

如图1所示,1和2是同一输出相的2个双向开关,1c 和2c 是开关1和2的正向开关,1nc 和2nc 是反向开关。假定电流方向为正向,现在要关断开关1,开通开关2,要保证电流连续,又不能出现短路情况,共要经过4步才能完成:

¹关断开关1的反向开关1nc,由于电流是正向流动,这一步不会带来开关损耗。

º开通开关2的正向开关2c ,打开2c 后,如果开关2所连接的电压高于开关1所连接的电压,那么电流将自动换流到2c 中。

»关断开关1的正向开关1c,由于电流有一半的可能已经换流到2c 中了,所以1c 的关断有50%的可能性为零电流关断。

¼开通开关2的反向开关2nc

。

图1　四步换流法

这样的四步换流策略,既禁止了电源发生短路的开关组合,又保证了在任意时刻给负载电流提供了至少一条流通路径,且换流过程中有一半的可能性实现软开关中的零电流关断,所以被称为四步半软开关换流法。

如果电流是反相流动的,仍采用原来的换流顺序,将导致不安全后果。电流为反向时要按以下顺序进行:第1步,关断1c;第2步,开通2nc;第3步,关断1nc;第4步,开通2c 。

1.2　3个双向开关之间的换流

在矩阵式变换器中,每一输出相通过3个双向开

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郭有贵等:矩阵式变换器四步换流的仿真研究

关和三相输入相连接,所以存在3个双向开关之间的换流问题。图2是矩阵式变换器的单相输出电路,6个开关管状态由x x

xx

x x

表示。

图2　矩阵式变换器单相输出电路

矩阵式变换器一相输出电路中3个双向开关状态转移图如图3

所示。

图3　矩阵式变换器单相输出开关状态转移图

2　仿真分析

利用SIMU LIN K 建立仿真模型如图4。通过仿真实现开关1到开关3之间的换流,如图5

所示。

图4　矩阵变换器四步换流仿真模型

3　结　语

通过4步实现了从开关1～3的安全换流,验证理

论分析正确性。

图5　矩阵变换器四步换流仿真波形

参　考　文　献

[1]　Burany N .Safe co ntrol of fo ur

quadrant sw i

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sen K .Nov el solutions for pro tection of ma-trix converter to three phase induction ma-chine [J ].IEEE Industry applications society annual meeting.New Orleans,Lo uisiana,1997:1447～1454.

[4]　钟庆昌,于溆红,谢建英.控制系统Simulink

仿真技巧[J ].电气自动化,1999(3):28～30.

[5]　陈桂明,张明照,戚红雨,等.应用M AT LAB

建模与仿真[M ].北京:科学出版社,2001.

作者简介　郭有贵　男,1968年出生,博士生。研究方向为电力电子与电力传动。

朱建林　1942年出生,教授,博士生导师。研究方向为交流调速系统与电力电子装置。

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《现代电子技术》2003年第7期总第150期

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