矩阵变换器驱动异步电动机仿真研究.doc

矩阵变换器驱动异步电动机仿真研究粟梅杨文张泰山中南大学摘要:论述了空间矢量调制矩阵变换器基本原理,深入分析了空间矢量调制策略,推导出矩阵变换器开关状态表,在MATLABSIMULINK平台上,建立了矩阵变换器简单实用的仿真模型,并针对矩阵变换器驱动异步电动机起动、运行的开环系统进行了仿真,仿真结果验证了空间矢量调制策略的可行性和正确性,表明矩阵变换器具有优良的输入输出特性,为矩阵变换器在高性能的交流调速闭环系统中的具体实用打下基础。关键词:矩阵变换器空间矢量调制开关状态SimulationStudyonMatrixConverterFedInductionMotorDriveSystemSuMei YangWen ZhangTaishanAbstract:,,which,:matrixconverter spacevectormodulation switchingstate1 引言矩阵变换器是一种直接变换型交流2交流电力变换装置,具有一些优于传统脉宽调制(PWM变频器的特性:能量双向流通、正弦输入与输出电流、可控的输入功率因数等,非常适合于应用到交流电机调速领域中。因而在交流调速系统中,使用矩阵变换器驱动异步电动机,一方面能够实现较好的传动性能,另一方面也可以满足日益严格的电网电能质量的要求[1]。目前,国外矩阵变换器的研究工作尚未成熟,加之双向开关器件尚未商品化,故离实用化还有一定距离,国内研究刚刚起步,许多基础理论和相关的应用基础问题有待深入研究。本文深入分析了矩阵变换器的空间矢量调制策略,推导出符合实际工作情况的矩阵变换器的9个双向开关组合模式的开关状态表,建立了矩阵变换器的仿真模型,与其他仿真模型[2]相比,其通用性和计算速度等都非常优秀,可方便地选择滤波器结构和改变滤波器参数,能够适用各种负载,为将矩阵变换器应用于矢量控制和直接转矩控制异步电动机调速系统奠定基础。2 矩阵变换器的基本原理图1为矩阵变换器的拓扑结构示意图。从图1中可以看出,矩阵变换器是由9个开关组成的,通过一定的规律来控制9个开关的通断可以用输入电压来合成所需的输出电压[3]。图1中双向开31关Sjk(j∈{A,B,C}k∈{a,b,c}为理想开关。图1 矩阵变换器拓扑结构示意图设三相输入相电压,输出参考线电压可以写成Viph=Vimcos(Ξitcos(Ξit-2Π3cos(Ξit-4Π3(1V3oL=3Vomcos(Ξot-Υo+30°cos(Ξot-Υo+30°-120°cos(Ξot-Υo+30°+120°(2令VoL=V3oL,根据VoL=TphLViPh可知矩阵变换器的低频调制矩阵为TPhL=mcos(Ξot-Υo+30°cos(Ξot-Υo+30°-120°cos(Ξot-Υo+30°+120°× cos(Ξit-Υcos(Ξit-Υi-120°cos(Ξit-Υi+120°T(3式中:m为矩阵变换器的调制系数,0≤m≤1;Υi为输入的功率因数角。由式(1,式(2,式(3可以得到下列关系式Vom=32VimmcosΥi(4选择不同的cosΥi,就可以调制出不同的输入功率因数,它可以超前、滞后或为1。同时,当取cosΥ