用于控制矩阵转换器的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于控制矩阵转换器（２）的方法，该矩阵转换器（２）具有９个排列为３×３开关矩阵（６）的双向功率开关（４）。根据本发明专利技术，根据所获得的耦合输入电压和预定边界值选择换向序列，并将该换向序列与一提供的换向序列进行比较，其中，在不一致时将提供的换向序列的开关状态通过排序转换到所选择的换向序列。由此，可以驱动矩阵转换器（２）而无需精确测量输入电压，并且可靠地避免了换向短路的风险。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种，该矩阵转换器具有9个设置为3×3开关矩阵的双向功率开关。矩阵转换器指自引导的直接转换器。它可以将不变的三相电网转换为具有可变电压和频率的系统。通过设置为3×3开关矩阵的双向功率开关，矩阵转换器三个输出相位中的每一个都与一输入相位电相连。矩阵转换器的一个相位由三个双向功率开关的排列组成，其一方面分别与各输入相位相连，另一方面与一输出相位相连。一种这样的排列也表示为3×1开关矩阵。矩阵转换器不需要中间回路。自引导的直接转换器所具有的优点是，其通过该拓扑结构具有反馈能力，并通过相应施加的控制获得正弦形的电网电流。矩阵转换器的双向功率开关各具有两个反向串联连接的半导体开关。作为半导体开关，优选采用绝缘栅双极型晶体管(IGBT)，其各具有一个反向并联的二极管。这样设计的双向功率开关优选用于小功率和中功率转换器。通过控制双向功率开关的半导体开关，可以分别接通该半导体开关装置中确定方向上的电流通路。如果控制双向功率开关的两个半导体开关，则该双向功率开关是双向导通的，并可以在两个方向上流通电流。由此在矩阵转换器的输入相位和输出相位之间产生可靠的电连接。如果只控制双向功率开关的一个半导体开关，则该双向功率开关是单向导通的，且在矩阵转换器的输入相位和输出相位之间产生的电连接只用于优选的电流方向。通过获得的开关位置组合在调制周期内的时间序列，可以产生在时间平均值上边界任意的输出电压。控制矩阵转换器的目的在于，根据输入电压空间向量的知识和输出电压空间向量的额定值计算出合适的开关组合。迄今为止公知的控制方法或者是面向相位的方法，或者是面向空间向量的方法。面向相位的控制方法已在Alberto Alesina和Marco G.B.Venturini的文章“Analysis and Design of Optimum-Amplitude Nine-Switch Direct AC-ACConverters(最佳振幅9开关直接AC-AC转换器的分析和设计)”，IEEETranctions on Power Electronics，第4卷，Nr.1，1989年1月，101至112页中有详细描述，而在LászlóHuber和 的文章“Space VectorModulated Three-Phase to Three-Phase Matrix Converter with Input PowerFactor Correction(具有输入功率因子校正的空间向量调制的三相到三相矩阵转换器)”，IEEE Tranctions on Industry Applications，第31卷，Nr.6，1995年11/12月，1234至1245页中，详细描述了面向空间向量的控制方法。在换向期间，为了在任何时刻都不出现负载电流i1电流回路的断开或矩阵转换器的两个输入相位A、B的短路，必须注意完全确定的开关顺序。在J.Mahlein和M.Braun的文章“A Matrix Converter without Diode clampedOver-Voltage Protection(没有二极管钳位的过电压保护矩阵转换器)”，IPEMC会议录，2000，北京，中国，尤其是在第三章中，描述了可能的用于矩阵转换器输出相位的换向序列。借助在这里的附图说明图1和图2中示出的两幅图，说明了在半导体开关S1和S2导通、半导体开关S3和S4阻断的状态以及半导体开关S1和S2阻断、半导体开关S3和S4导通的状态下的换向。根据图1，矩阵转换器2的输出相位具有三个设置为3×1开关矩阵的双向功率开关4。如图1所示，每个双向功率开关4都具有两个反向串联连接的半导体开关S1、S2或S3、S4或S5、S6，它们分别与一个二极管反向并联连接。所示半导体开关S1、S2、S3、S4、S5和S6都是绝缘栅双极型晶体管(IGBT)。反向并联连接的二极管是每个所属的IGBT模块的组成部分。可以单独地、互不依赖地控制矩阵转换器2该相的双向功率开关4的每个半导体开关S1、S2、S3、S4、S5和S6。如果双向功率开关4的两个半导体开关S1、S2或S3、S4或S5、S6导通，则有一个双向导通的开关。如果只控制双向功率开关的两个半导体开关S1、S2或S3、S4或S5、S6中的一个，则有一个单向导通的开关。对于半导体开关S1和S2导通、半导体开关S3和S4阻断的状态以及半导体开关S1和S2阻断、半导体开关S3和S4导通的状态的换向，图2中示出了所有可能的换向序列。这些可能的换向序列与电流符号和/或电压符号有关。可以将这些可能的换向序列划分为三组。只要知道了电压符号和电流符号就可以实施没有标出的开关序列。由于需要这两个信息，这些开关序列没有什么技术意义。在此用虚线标出的第二组只需要电流符号信息，而与电压符号无关。对该开关序列的使用称为电流控制的换向。在此用点划线标出的第三组与电压符号有关，而与电流符号无关。对该开关序列的使用称为电压控制的换向。下面所有的考虑都限制在电压控制的换向上。如果由于对电压符号的错误测量而在电压控制的换向中选择了错误的开关序列，则会出现耦合输入电压短路。只要在短路通路上输入电压的振幅小于半导体阀的正向电压，其在用IGBT实现时约为10伏，则短路就不会引起技术问题。因此，电压控制的换向需要精确的测量技术，以便获得电压符号。控制矩阵转换器所需的以及由此反正已现有的对输入电压的模拟测量还不足够，因此需要额外的电装置。此外，所需的高精确性易受干扰，并与所致力于达到的换向问题的鲁棒解决方案相矛盾。在M.Ziegler和W.Hofmann的文章“A New Two Steps CommutationPolicy For Low Cost Matrix Converter(用于价廉矩阵转换器的新的两步换向策略)”(“PCIM200，欧洲”会议录，纽伦堡，2000年9月)中，提出了一种控制方法，其中，对获得电压符号没有提出很高的要求。借助在图3示出的脉冲宽度调制中输出相位的时间图可以说明这种在PCIM上介绍的控制方法是如何起作用的。首先借助详细示出矩阵转换器2的等效电路图的图4详细说明矩阵转换器2的结构。该三相矩阵转换器2具有9个设置为3×3开关矩阵6的双向功率开关4。通过该设置为3×3开关矩阵6的9个双向功率开关4的装置，可将每个输出相位X、Y、Z与任意的输入相位U、V、W接通。在矩阵转换器2的输出相位X、Y、Z上连接了一个电感负荷的负载8。输入相位U、V、W与一个LC滤波器10相连接，该滤波器在输入端与供电电网12相连。该LC滤波器10具有电感14和电容16。在此，电容16以星形接线，也可以采用三角形接线。电感14设置在电容16的输入导线上，从而平滑其负载电流。矩阵转换器2的一个相位具有三个双向功率开关4，这些开关可以将输入相位U、V、W与一个输出相位X或Y或Z相连。这些矩阵转换器相位各具有一3×1开关矩阵。此外，该三相矩阵转换器2的等效电路图还示出了控制和调节装置18、调制装置20和9个控制装置22。控制和调节装置18具有负载调整装置24和控制装置26。在负载调整装置24的输入端输入所获得的负载电流空间向量i0，并产生输出电压空间向量u0。负载调整装置2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于控制矩阵转换器（２）的方法，该矩阵转换器（２）具有９个设置为３×３开关矩阵（６）的双向功率开关（４），其中，根据所获得的输入电压和预定边界值选择换向序列，该换向序列保证在两个紧紧相邻的输入电压之间不会进行换向，其中，将该换向序列与计算的换向序列进行比较，以及其中，在不一致时通过排序将该计算的换向序列的开关状态转换为所选择的换向序列。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：奥拉夫西蒙，约克恩马莱因，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]