基于Trans-准Z源的双级矩阵变换器研究

发布时间：2019-09-20 06:00

【摘要】：双级矩阵变换器(two-stage matrix converter,TSMC)是一种“绿色环保”的功率变换器,具有性能优良,结构紧凑等特点,在轨道交通、电力系统、能源领域有较大的发展潜力。但是TSMC因其最大电压传输比仅为0.866,受输入侧影响较大等缺陷,在工业化中仍然得不到广泛应用。虽然许多学者相继提出改进的调制策略和拓扑结构来提高TSMC的电压传输比,但这些方法仍存在电压传输比提升不明显,拓扑结构较复杂等问题。本文介绍了Trans-准Z源逆变器的拓扑结构及工作原理,分析了其特性。将Trans-准Z源引入TSMC中,提出了Trans-准Z源TSMC的拓扑结构,利用Trans-准Z源的高升压能力、结构紧凑、抗干扰性等特性,以更为经济、有效的方案解决了传统TSMC拓扑电压传输比低的问题。本文分析了Trans-准Z源TSMC的工作原理,推导了其电压传输比公式,根据其工作原理提出了带直通矢量的双空间矢量调制策略,在逆变级的开光切换时刻插入直通矢量,因此逆变级无需死区时间;根据其升压特性分析了升压因子和调制系数的关系,优化调制系数,改善了输出波形;针对过大的启动冲击电流会损坏电路器件的问题,根据Trans-准Z源网络的电容电压特性提出了软启动策略,有效抑制了启动冲击电流。通过MATLAB/Simulink软件,搭建仿真模型,得到仿真波形,对理论分析进行了验证。最后,本文基于Trans-准Z源TSMC的理论研究搭建了实验样机,详细介绍了实验样机的硬件电路及软件系统,硬件电路主要包括:输入电源、输入滤波器、Trans-准Z源TSMC主电路、控制电路和驱动电路等;软件系统基于DSP+CPLD控制器实现调制算法、软启动控制策略、故障保护等功能。分析了实验结果,验证了Trans-准Z源TSMC拓扑及其调制策略的正确性和可行性。
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变换器

第 1 章绪论.1 矩阵变换器研究背景和意义进入 21 世纪后，随着人们对能源的需求越来越大，能源资源愈加稀缺，了全球气候变化，环境污染等严重的环境问题，，针对能源和环境问题，世界开始大力发展新能源[1]。在此背景下，太阳能、风能、潮汐能和地热能等新色能源产业已经成为世界各国重点发展的新兴产业，新能源产业承担着解决危机、带动全球经济发展的新一轮复苏的重任[2]。而功率变换器作为新能源系统中重要的一环，已经成为 21 世纪的科学家们研究的热点。在新能源产业中，新能源发电技术的实现都离不开功率变换器技术的发是目前我国广泛使用的传统的交直交变换器、交交周波变换器等会造成严重网污染，而且存在较大的电力损耗，这些缺点都制约了新能源发电系统的发此，为适应新能源产业发展，具有低谐波污染、高能源利用率和转换效率的的绿色功率变换器成为了电力电子领域的研究热点。

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湘潭大学硕士毕业论文时代发展的要求，因此 MC 具有强大的发展潜力。C 拓扑主要分为两大类，即传统矩阵变换器 (Conventional Matrix CC MC)和双级矩阵变换器( T wo-StageMatrixConvert er，简称TSM（a）为 CMC 拓扑，图 1-2（b）为 TSMC 拓扑。CMC 的控制策略扑中需要加入复杂的箝位电路，因此 CMC 难以实现工程化应用，而C 经过优化后的拓扑结构，具有与 CMC 同样的优良性能，克服，控制策略便于实现，箝位电路结构简单，并且 TSMC 拓扑中减设备，降低了成本，在一定的设定条件下，TSMC 可以通过减少开简化拓扑。
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TM46

【参考文献】