三相—单相Quasi-Z源矩阵变换器的研究

发布时间：2017-04-26 05:17

  本文关键词：三相—单相Quasi-Z源矩阵变换器的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：矩阵变换器因其功能上的诸多优点,受到了国内外学者的广泛关注,成为近年来电力电子领域的研究热点之一。但是目前的研究主要集中在三相-三相矩阵变换器,很少涉及三相-单相矩阵变换器。随着新能源技术的发展,在越来越多的工业场合需要高品质的单相电源,因此研究三相-单相矩阵变换器具有十分重要的意义。然而,传统的三相-单相矩阵变换器的电压增益低,输入电流含有大量的低次谐波,抗干扰能力较差,易受到电网波动的影响。这些缺陷严重限制了其在工业实际中的应用。本文致力于解决传统三相-单相矩阵变换器存在的这些问题。首先,本文将Quasi-Z源电路分别与三相-单相直接矩阵变换器、三相-单相间接矩阵变换器相结合,提出了三相-单相Quasi-Z源直接矩阵变换器与三相-单相Quasi-Z源间接矩阵变换器。利用Quasi-Z源电路独有的特性,弥补了传统矩阵变换器电压增益低,抗干扰能力差的缺点。其次,在传统三相-单相矩阵变换器调制方法的基础上插入直通零矢量,分别提出了三相.单相Quasi-Z源直接矩阵变换器的双电压合成法、三相-单相Quasi-Z源间接矩阵变换器的空间矢量法。再次,为了研究输入电流畸变的问题,分别对三相-单相Quasi-Z源直接矩阵变换器、三相-单相Quasi-Z源间接矩阵变换器进行数学建模,得到了输入电流的精确表达式。研究了Quasi-Z源网络的参数设计方法,通过设计Quasi-Z源的参数,可使输入电流正弦。但是,输出低频时需要较大的Quasi-Z源参数,导致系统的功率因数降低。再次,为了解决输出低频时,输入电流畸变的问题。本文提出了一种新型的带功率补偿的三相-单相Quasi-Z源间接矩阵变换器。对其调制方法进行了研究,提出了预测功率控制的调制策略。仿真结果证明,该变换器在所提调制方法下对输入电流的改善效果明显,得到了正弦度较好的输入电流。最后,搭建了以DSP和CPLD为控制单元的实验平台,对所提的三相-单相Quasi-Z源直接矩阵变换器进行了一系列实验测试,验证了所提的变换器以及所建模型的正确性。
【关键词】：三相-单相矩阵变换器 Quasi-Z源电路 双电压合成法 空间矢量法 电路建模 功率补偿
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM46
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-12
• 1 绪论12-22
• 1.1 课题的背景和意义12-14
• 1.2 三相-单相矩阵变换器综述14-17
• 1.2.1 矩阵变换器的基本概念和分类14-15
• 1.2.2 三相-单相直接矩阵变换器15
• 1.2.3 三相-单相间接矩阵变换器15-16
• 1.2.4 三相-单相矩阵变换器研究现状16-17
• 1.3 Z源/Quasi-Z源矩阵变换器综述17-19
• 1.3.1 Z源/Quasi-Z源变换器17-18
• 1.3.2 Z源/Quasi-Z源矩阵变换器18-19
• 1.4 本文的主要研究内容19-22
• 2 三相-单相Quasi-Z源直接矩阵变换器22-38
• 2.1 三相-单相Quasi-Z源直接矩阵变换器拓扑22-24
• 2.2 三相-单相Quasi-Z源直接矩阵变换器调制策略24-30
• 2.2.1 三相-单相矩阵变换器调制策略概述24-26
• 2.2.2 三相-单相Quasi-Z源直接矩阵变换器的调制策略26-27
• 2.2.3 开关序列27-30
• 2.3 三相-单相Quasi-Z源直接矩阵变换器的数学建模30-33
• 2.4 仿真及实验验证33-37
• 2.5 本章小结37-38
• 3 三相-单相Quasi-Z源间接矩阵变换器38-52
• 3.1 三相-单相Quasi-Z源间接矩阵变换器拓扑38-39
• 3.2 三相-单相Quasi-Z源间接矩阵变换器调制策略39-43
• 3.2.1 整流级的空间矢量调制策略39-42
• 3.2.2 逆变级的SPWM调制策略42-43
• 3.2.3 开关序列43
• 3.3 三相-单相Quasi-Z源间接矩阵变换器的数学建模43-46
• 3.4 仿真验证46-49
• 3.5 本章小结49-52
• 4 三相-单相Quasi-Z源直接矩阵变换器的设计方法52-64
• 4.1 电压增益分析52-54
• 4.2 输入电流谐波分析54-57
• 4.2.1 输入电流谐波与输出频率的关系54-55
• 4.2.2 输入电流谐波与Quasi-Z源电路阻抗的关系55-57
• 4.3 仿真与实验验证57-63
• 4.3.1 电压增益仿真验证57-59
• 4.3.2 输入电流谐波与输出频率关系的仿真与实验验证59-61
• 4.3.3 输入电流谐波与Quais-Z源阻抗关系的仿真验证61-63
• 4.4 本章小结63-64
• 5 带功率补偿的三相-单相Quasi-Z源间接矩阵变换器64-76
• 5.1 带功率补偿的三相-单相Quasi-Z源间接矩阵变换器拓扑64-65
• 5.2 带功率补偿的三相-单相Quasi-Z源间接矩阵变换器调制策略65-68
• 5.2.1 预测控制法概述65-67
• 5.2.2 预测功率控制策略67-68
• 5.3 仿真验证68-74
• 5.4 本章小结74-76
• 6 三相-单相Quasi-Z源直接矩阵变换器实验系统76-84
• 6.1 三相-单相Quasi-Z源直接矩阵变换器的硬件设计76-79
• 6.1.1 主功率电路76-77
• 6.1.2 驱动电路77-78
• 6.1.3 缓冲电路78-79
• 6.1.4 电压、电流传感器79
• 6.2 三相-单相Quasi-Z源直接矩阵变换器的软件设计79-81
• 6.2.1 DSP软件设计79-80
• 6.2.2 CPLD软件设计80-81
• 6.3 三相-单相Quasi-Z源直接矩阵变换器的实验平台81-82
• 6.4 本章小结82-84
• 7 结论84-86
• 参考文献86-90
• 作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果90-94
• 学位论文数据集94

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本文编号：327812