專利名稱：用于抑制三相-單相矩陣變換器電流震蕩及畸變的控制系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種三相-單相矩陣變換器，尤其針對三相-單相矩陣變換器采 用雙電壓合成調(diào)制策略實現(xiàn)變頻的場合。
背景技術：
矩陣變換器(MatrixConverter)最初由 Venturini 和 Alesina 于 1980 年提出的， 隨后經(jīng)過了不斷的研究和改進。但由于矩陣變換器本身的復雜性以及其控制的復雜性，使 得它至今仍沒有得到廣泛的應用。隨著技術的不斷進步，特別是近些年由于新型電力器件 的出現(xiàn)如NIGBT、RB-IGBT,以及高性能的DSP控制芯片的出現(xiàn)使矩陣變換器的研究進入到 了一個新的階段。包括雙向開關設計，EMI問題和濾波器設計、保護問題等。其中兩個雙向 開關的換流是最重要的問題，目前多以多步換流的方法來解決，這些進步最終將使得矩陣 變換器進入實踐領域。隨著單相變頻電源需求量的增多，三相-單相矩陣變換器得到了關注，如 Y. Miura, S. Kokubo, D. Maekawa ^AT 2008 ^ ^ ^； "Power Modulation Control of a Three-phase to Single-phase Matrix Converter for a Gas Engine Cogeneration System. PESC，2008”中提出將三相-單相矩陣變換器應用與小型同步發(fā)電機控制系統(tǒng)， 提高系統(tǒng)效率；以及 Somnida Ratanapanachote, Han JU Cha, Prasad N Enjeti 等人于 2006 ^ : "A Digitally Controlled Switch Mode Power Supply Based on Matrix Converter. IEEE Transactions on Power Electronics，2006” 中提出將其應用于開關電 源中，將三相工頻交流電變換為單相高頻交流電；還有梅楊，孫凱，周大寧等人于2005年 在論文"Application of Matrix Converter in Auxiliary Drive System for Diesel Locomotives. Industry Application Conference，2005” 中提出將其應用于電氣鐵道輔機 系統(tǒng)中。目前針對三相-單相矩陣變換器的研究主要集中于拓撲結(jié)構和控制策略，而基 于雙電壓合成調(diào)制策略的三相-單相變換器由于具有自動抑制輸入電壓的不平衡擾動及 最大線性電壓傳輸比等優(yōu)點，而受到了更多的關注。但在基于雙電壓合成調(diào)制策略的三 相-單相矩陣變換器中，由于采用固定的觸發(fā)脈沖分布方式，導致當輸入電流脈沖在輸入 扇區(qū)切換時位置變化，出現(xiàn)了輸入電流震蕩現(xiàn)象，降低了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并導致輸出側(cè)電流 畸變，降低了系統(tǒng)輸出質(zhì)量。
實用新型內(nèi)容本實用新型是為避免上述現(xiàn)有技術所存在的不足之處，提供一種用于抑制三 相-單相矩陣變換器輸入電流震蕩及輸出電流畸變的控制系統(tǒng)，在保證輸出電壓的同時， 降低三相-單相矩陣變換器的輸入電流震蕩及輸出電流畸變。本實用新型解決技術問題采用如下技術方案
3[0007]本實用新型用于抑制三相-單相矩陣變換器電流震蕩及畸變的控制系統(tǒng)，其 三相-單相矩陣變換器主電路是由六個雙向開關構成；其結(jié)構特點是在所述三相-單 相矩陣變換器的控制系統(tǒng)中包括有輸入電壓采樣單元、輸入輸出過流故障檢測單元、 TMS320LF2812主控制器、EPM1270輔控制器和驅(qū)動電路；所述輸入電壓采樣單元，采樣任意兩路輸入線電壓，并送入TMS320Ii^812主控制 器，以確定輸入電壓所屬扇區(qū)；所述輸入輸出過流故障檢測單元，檢測瞬時網(wǎng)側(cè)電源和負載的過電流信息，并送 入EPM1270輔控制器，同時送到TMS320Ii^812主控制器；所述TMS320Lm812主控制器，向所述EPM1270輔控制器實時發(fā)送輸入線電壓所屬 扇區(qū)信息，用以判斷輸入電壓的扇區(qū)狀態(tài)；在所述TMS320LM812主控制器中給定三相-單 相矩陣變換器的輸出電壓信息，以所述輸出電壓信息判斷輸出電壓所屬扇區(qū)，由所述輸入 電壓和輸出電壓采用雙電壓合成法實時獲得占空比，依據(jù)所述觸發(fā)脈沖分布方式對占空比 進行調(diào)整，將調(diào)整后的占空比輸出到EPM1270輔控制器，同時發(fā)送輸出電壓扇區(qū)及同步信 號至EPM1270輔控制器；所述EPM1270輔控制器對TMS320Ii^812主控制器輸出的輸入電壓扇區(qū)、輸出電壓 扇區(qū)、占空比以及同步信號依據(jù)所述觸發(fā)脈沖分布方式進行解碼，以減小輸入電流脈沖位 置在扇區(qū)切換過程中的變化；所述驅(qū)動電路，用于三相-單相矩陣變換器雙向開關的驅(qū)動。所述觸發(fā)脈沖分布方式為在輸入電壓扇區(qū)切換過程中，以輸入電流脈沖位置變 化最小為原則，在不同的輸入電壓扇區(qū)中分別采用輸入相電壓最大相或最小相位于開關周 期的中間的觸發(fā)脈沖分布方式，以保證在扇區(qū)切換過程中輸入電流脈沖位置不變，從而抑 制輸入電流在扇區(qū)切換過程中的震蕩及輸出電流的畸變。與已有技術相比，本實用新型有益效果體現(xiàn)在1、本實用新型采用觸發(fā)脈沖分布方式對占空比進行調(diào)整的雙電壓合成調(diào)制方法， 在保證輸出電壓為期望電壓值的同時，可減小三相-單相矩陣變換器的輸入電流在扇區(qū)切 換過程中的震蕩，增加系統(tǒng)穩(wěn)定性。2、本實用新型有效減小輸出電流畸變，仿真與實驗結(jié)果表明，在同等負載條件下， 可降低輸出電流THD7. 5%。
圖1為本實用新型三相-單相矩陣變換器的主電路結(jié)構圖；圖2為本實用新型三相-單相矩陣變換器的控制系統(tǒng)框圖；圖3為本實用新型輸入電壓扇區(qū)劃分圖；圖4(a)和圖4(b)為已有技術中三相-單相矩陣變換器的觸發(fā)脈沖分布圖；圖5為本實用新型技術中三相-單相矩陣變換器的觸發(fā)脈沖分布圖。以下通過具體實施方式
，并結(jié)合附圖對本實用新型進行進一步描述具體實施方式
參見圖1，本實施例中，三相-單相矩陣變換器主電路是由六個雙向開關(Sap-SJ 構成；[0025]參見圖2，在三相-單相矩陣變換器的控制系統(tǒng)中包括有輸入電壓采樣單元、輸入 輸出過流故障檢測單元、TMS320Ii^812主控制器、EPM1270輔控制器和驅(qū)動電路；以輸入電壓采樣單元采樣任意兩路輸入線電壓，并送入TMS320Ii^812主控制器， 以確定輸入電壓所屬扇區(qū)；以輸入輸出過流故障檢測單元檢測瞬時網(wǎng)側(cè)電源和負載的過電流信息，并送入 EPM1270輔控制器，同時送到TMS320Ii^812主控制器；以TMS320Ii^812主控制器向所述EPM1270輔控制器實時發(fā)送輸入線電壓所屬扇 區(qū)信息，用以判斷輸入電壓的扇區(qū)狀態(tài)；在TMS320LM812主控制器中給定三相-單相矩陣 變換器的輸出電壓信息，以輸出電壓信息判斷輸出電壓所屬扇區(qū)，由輸入電壓和輸出電壓 采用雙電壓合成法實時獲得占空比，依據(jù)觸發(fā)脈沖分布方式對占空比進行調(diào)整，將調(diào)整后 的占空比輸出到EPM1270輔控制器，同時發(fā)送輸出電壓扇區(qū)及同步信號至EPM1270輔控制 器；以EPM1270輔控制器對TMS320Ii^812主控制器輸出的輸入電壓扇區(qū)、輸出電壓扇 區(qū)、占空比以及同步信號依據(jù)所述觸發(fā)脈沖分布方式進行解碼，以減小輸入電流脈沖位置 在扇區(qū)切換過程中的變化；以驅(qū)動電路完成三相-單相矩陣變換器雙向開關的驅(qū)動。本實施例中，觸發(fā)脈沖分布方式為在輸入電壓扇區(qū)切換過程中，以輸入電流脈沖 位置變化最小為原則，在不同的輸入電壓扇區(qū)中分別采用輸入相電壓最大相或最小相位于 開關周期的中間的觸發(fā)脈沖分布方式，以保證在扇區(qū)切換過程中輸入電流脈沖位置不變， 從而抑制輸入電流在扇區(qū)切換過程中的震蕩及輸出電流的畸變。由輸入電壓采樣單元采樣得到的兩路輸入線電壓信息，通過線相電壓轉(zhuǎn)換后，獲 得三相相電壓(ua，Ub, Uc)，判斷三相輸入相電壓中最大umax、中間Umid、最小相Umin分別為
權利要求1.用于抑制三相-單相矩陣變換器電流震蕩及畸變的控制系統(tǒng)，其三相-單相矩陣變 換器主電路是由六個雙向開關構成；其特征是在所述三相-單相矩陣變換器的控制系統(tǒng)中 包括有輸入電壓采樣單元、輸入輸出過流故障檢測單元、TMS320LF2812主控制器、EPM1270 輔控制器和驅(qū)動電路；所述輸入電壓采樣單元，采樣任意兩路輸入線電壓，并送入TMS320Ii^812主控制器， 用于確定輸入電壓所屬扇區(qū)；所述輸入輸出過流故障檢測單元，檢測瞬時網(wǎng)側(cè)電源和負載的過電流信息，并送入 EPM1270輔控制器，同時送到TMS320Ii^812主控制器；所述TMS320Ii^812主控制器向所述EPM1270輔控制器實時發(fā)送輸入電壓所屬扇區(qū)信 息，用以判斷輸入電壓的扇區(qū)狀態(tài)；在所述TMS320LM812主控制器中給定三相-單相矩陣 變換器的輸出電壓信息，以所述輸出電壓信息判斷輸出電壓所屬扇區(qū)，由所述輸入電壓和 輸出電壓采用雙電壓合成法實時獲得占空比，依據(jù)觸發(fā)脈沖分布方式對占空比進行調(diào)整， 將調(diào)整后的占空比輸出到EPM1270輔控制器，同時發(fā)送輸出電壓扇區(qū)信息及同步信號至 EPM1270輔控制器；所述EPM1270輔控制器，對TMS320Ii^812主控制器輸出的輸入電壓扇區(qū)信息、輸出電 壓扇區(qū)信息、占空比以及同步信號依據(jù)所述觸發(fā)脈沖分布方式進行解碼，以減小輸入電流 脈沖位置在扇區(qū)切換過程中的變化；所述驅(qū)動電路，用于對三相-單相矩陣變換器雙向開關的驅(qū)動。
專利摘要本實用新型公開了一種用于抑制三相-單相矩陣變換器電流震蕩及畸變的控制系統(tǒng)，三相-單相矩陣變換器主電路由六個雙向開關構成；其特征是三相-單相矩陣變換器的控制系統(tǒng)包括輸入電壓采樣單元、輸入輸出過流故障檢測單元、TMS320LF2812主控制器、EPM1270輔控制器和驅(qū)動電路。本實用新型針對基于雙電壓合成調(diào)制策略的三相-單相矩陣變換器在輸入扇區(qū)切換時出現(xiàn)的輸入電流震蕩及輸出電流畸變問題，采用對觸發(fā)脈沖進行重新分配的改進雙電壓合成調(diào)制方法，在保證輸出電壓為期望電壓值的同時減小輸入電流震蕩及輸出電流畸變。
文檔編號H02M1/12GK201860266SQ20102054596
公開日2011年6月8日 申請日期2010年9月25日 優(yōu)先權日2010年9月25日
發(fā)明者張興, 楊淑英, 王付勝, 董文杰, 謝震, 陳武 申請人:合肥工業(yè)大學