三相—单相矩阵变换器电流滞环控制策略研究

发布时间：2020-09-16 10:56

　　经济的快速增长伴随着大量矿产资源的消耗,对矿产资源的勘探迫在眉睫。作为一种重要的资源探测方法,瞬变电磁法因此得到了广泛应用。目前国内外传统瞬变电磁发射机采用交直交的间接交交拓扑结构,结构复杂,工作效率低;采用二极管整流方式,输入侧功率因数低,发射机需配备更大容量发电机;直流环节的电抗器体积和重量大,导致发射机功率密度低。同时矿产资源多位于偏远地区,仪器工作条件恶劣,这对发射机的设计提出了更高的挑战,进一步提高瞬变电磁发射机的工作效率、功率密度和野外便携性具有重大的意义。三相-单相矩阵变换器直接实现交交变换,电能可双向流通,输入侧可实现单位功率因数且无直流储能环节的电抗器。本文采用三相-单相矩阵变换器代替传统交直交拓扑结构研究新型瞬变电磁发射机,以克服传统瞬变电磁发射机的不足。针对其输出特性,主要对输出电流滞环控制策略进行了研究。为电磁探测仪器设计提供了新的思路,为推广应用三相-单相矩阵式变换器积累了经验。本文主要研究内容如下:(1)针对传统瞬变电磁发射机的问题,给出了基于三相-单相矩阵变换器拓扑结构的新型瞬变电磁发射系统,介绍其基本工原理。详细分析了其两个反向并联三相整流器构成的等效模型和10个有效开关矢量。(2)为满足瞬变电磁发射机输出电流要求,以基于三相-单相矩阵变换器的瞬变电磁为研究对象输出电流滞环控制策略。针对双极性梯形波输出电流0、上升、稳流、下降四种状态中对电流变化速率和稳定性的要求,研究了分段式电流滞环控制策略。在电流为0阶段,关闭所有开关管;在电流上升和下降阶段,采用单向电流滞环控制的方法,以加快电流上升和下降时间;在稳流阶段,采用固定环宽的双向电流滞环控制方法,以减小纹波。(3)利用Matlab对电流滞环控制策略进行仿真。建立三相-单相矩阵变换器仿真模型,对不同幅值、频率、环宽和负载的输出电流滞环控制策略进行仿真验证和分析。(4)研制了基于电流滞环控制的三相-单相矩阵变换器系统样机。采用共射极双向开关搭建无中线型三相-单相矩阵变换器电路,并设计分析了LC滤波器、信号采集和隔离驱动等外围电路。采用基于DSP的控制系统,对输入电压输出电流采样、电流滞环控制策略和双向开关的换流驱动策略进行实现。多次实验测试的结果表明,输出电流跟踪能力强,下降阶段时间小于100μs,动态响应迅速,输出电流波形与仿真结果一致,验证了采用电流滞环控制策略控制三相-单相矩阵变换器输出双极性梯形波电流的方法的可行性。
【学位单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TM46
【部分图文】：

电流滞环控制,矩阵变换器,实验样机

第 5 章实验测试与分析第 5 章实验测试与分析本课题设计的基于电流滞环控制策略的三相-单相矩阵变换器样机实物如图 5.1 所示，从左至右依次为 LC 滤波器、驱动与主电路、采集与控制电路阻感负载(发射天线用电阻和电感等效代替)。在进行系统整体测试前，先对统中关键模块进行测试，确保各模块正常工作。在此基础上，对系统输出电和输出电压进行测试，并与理论分析和仿真的结果进行对比，验证三相-单相阵变换器电流滞环控制策略的可行性。

【参考文献】