双级矩阵变换器变频调速系统特性研究与仿真
潘湘高12， 李丹云3， 申群太3
（1湖南文理学院电气与信息工程学院，湖南常德41 5000 2中山大学数学与计算科学学院，广东广州510000；
3中南大学信息科学与工程学院，湖南长沙410082）
摘要：为克服传统的交一直一交变频调速系统困变频器需中间直流环节的滤波电感器和电容器而使其体积大，笨重及谐波大的缺点，研究了双级矩阵变换器异步电动机变频调速系统。其功能类似于传统的变频调速系统，而其结构紧凑，体积小，重量轻，并且输入电流为正弦波，对电网无谐波污染。双空间矢量调制两级协调控制能实现整流级零电流换流，极大地减少了开关损耗，提高了变换器的效率。仿真结果表明，双级矩阵变换器异步电动机变频调速系统具有良好的动、静态特性，电机起动和制动时，转矩和转速的变化快速、平稳。
关键词：双级矩阵变换器；异步电动机；变频调速
中图分类号：tm921. 5l 文献标识码：a文章编号：1673-6540(2010)03-0035-05
0 引 言
与传统的交一直一交变频器相比，矩阵变换器(mc)具有如下优点：控制自由度多，输出电压和频率可调，变频范围大；输入功率因数可调，可超前、滞后或为1。输入和输出电流为正弦波，谐波很小，对电网无谐波污染；结构紧凑，体积小，效率高。mc因“绿色环保”而成为电力变换器的研究热点。常规mc是ac-ac单级（直接式）电力变换器，需要采用复杂的四步换流法进行安全换流，控制复杂，电压传输比小于0 5，双级矩阵变换器(tsmc)可以克服常规mc的这些缺点，并且可以完咸与mc相同的功能91。由tsmc和异步电动机组成变频调速系统能获得比传统脉宽调制( pwm)变频调速系统更为优越的特性。
1tsmc异步电动机变频调速系统电路结构及分析
有18个绝缘栅双极晶体管(icbt)的tsmc异步电动机变频调速系统主电路结构如图l所示，主要由输入滤波器，三相pwm整流器、钳位电路、三相spwm逆变器和异步电动机组成。tsmc因无中间直流环节的滤波电感器和电容器而可以做得结构紧凑、重量轻、体积小。整流器的六个桥臂各由两个icbt反向串联的双向开关组，能实现能量的双向传递，方便电动机实现四象限运行。为使开关器件关断时不受高电压和大电流的冲击，一般需要设置钳位电路，常规mc需要一组复杂的二极管和电容器，而tsmc的钳位电路则很简单，只由一个二极管和一个电容器串联组成。
tsmc的工作方式类似于ac-dc-ac双pwm变频器，分两级控制：整流级为pwm控制方式，输出pwm直流电压；逆变级为spwm控制方式，输出spwm交流电压驱动异步电动机运行。
2 tsmc的双空间矢量调制方式
系统采用整流级无零矢量双空间矢量调制策略。为提高电匪利用率，整流级采用无零矢量pwm，而逆变级采用spwm。
2.1整流级采用无零矢量pwm
假设tsmc输入对称的三相正弦电压为：
为使整流级输出正极性的直流电压并获得****的电压利用率，把输入三相电压的一个周期分为六个区间，如图2所示.
各个区间的共同特点是：一相电压****值****，另外二相电压极性与其柏反。把一个pwm周期分为两个时间段，并分别在两段时间内将相应的两个****且极性为正的两个线电压输出到直流侧，每个线电压的占空比等于构成该线电压的两个相电压瞬时值之比。例如在第1区间，输出的两个线电压分别为uab和uac，它们对应的占空比
| 
