一种多相矩阵式变换器及其控制方法技术

本发明专利技术涉及交流电力控制技术领域，具体涉及一种多相矩阵式变换器及其控制方法，包括电流区段判断模块、相选控制模块、电流升降控制模块、正反向通断使能控制模块、三相PWM信号生成模块、三相开关管控制信号生成模块，矩阵式变换器包括N个输出相部分，分别为A相部分、B相部分、C相部分至N相部分的组合，每部分包含三个双向开关，矩阵式变换器输出的相电压和相电流按照A相、B相、C相至N相的顺序依次相位上滞后2π/N，本发明专利技术可实现三相输入，多相输出矩阵式变换器的控制，控制中采取各输出相独立控制的方式，算法简便、可靠，易于实现，所提出的换流方式可与控制算法有机结合，在能实现安全、可靠、高效换流的前提下尽量降低控制算法的复杂程度。杂程度。杂程度。

【技术实现步骤摘要】
一种多相矩阵式变换器及其控制方法


[0001]本专利技术涉及交流电力控制
，尤其涉及一种多相矩阵式变换器及其控制方法。

技术介绍

[0002]当前，随着多相交流电机驱动系统的应用日趋广泛，对其功率驱动电路，即多相逆变器的研究也越来越受到重视。
[0003]与三相交流电机驱动系统相比，多相交流电机驱动系统具有诸多的优势：
[0004]首先，多相交流电机驱动系统可在相同的供电电源电压、电流等级和相同的功率器件电压、电流定额下具有更大的功率输出。因此，多相电机及其驱动技术是低压大功率驱动领域重要的研究方向。
[0005]其次，多相交流电机驱动系统具有更好的可靠性。由于存在相数冗余，系统可在某一相出现故障时进入容错运行状态，满足了一些特殊应用场合下对高可靠性的要求。
[0006]再次，相数的增加使电机空间谐波最低次数增大，幅值下降，也减小了电机转矩脉动幅度，提高了系统的动、静态性能。
[0007]要实现对多相交流电机的控制，需要有配套的多相功率驱动电路，这就需要将现实中的三相交流电逆变为多相交流电，即多相逆变器。矩阵式变换器为直接式交流
‑
交流变换，无直流环节，相对于传统的交
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直
‑
交逆变器具有体积小、重量轻的显著特点，且可实现能量双向流动，且具有输出电压可控为正弦，输入侧功率因数高等优点。因此，有必要对三相输入多相输出矩阵式变换器及其控制方法进行研究；
[0008]矩阵式变换器虽然具有诸多优点，但目前对多相矩阵式变换器(输出为频率可调的多相交流电)的研究却很少，甚至可以说存在很大空白。原因是输出为多相的多相矩阵式变换器中功率开关管数量多，控制相对复杂。目前采用矩阵式变换器驱动多相负载采用的方法主要是先采用移相变压器获得多相电源，然后采用多个三相输入三相输出矩阵式变换器来驱动多相负载，如文献(詹轲倚，矩阵式变换器驱动六相永磁同步电机控制研究[D],武汉理工大学，硕士学位论文，2016)中所采用技术方案。然而，移相变压器的采用无疑增大了系统的体积和重量，这与采用矩阵式变换器所具有的系统整体体积小，重量轻的初衷相违背，且移相变压器也难以获得任意多相输出中的所需的相电压间的相位差。

技术实现思路

[0009]技术方案
[0010]为解决上述问题，本专利技术提供了一种三相输入多相输出矩阵式变换器及其控制方法，可实现三相输入，多相输出，并且各输出相独立控制，并能实现可靠换流，控制算法实现方便、可靠性强。
[0011]本专利技术一方面提供了一种多相矩阵式变换器，包括：电流区段判断模块、相选控制模块、电流升降控制模块、正反向通断使能控制模块、三相PWM信号生成模块、三相开关管控
制信号生成模块，其中：
[0012]电流区段判断模块的输入为实测得到的输出相电流反馈值i_pha，输出为电流区段标志信号Cur_Zon，用于确定输出相电流值所处的范围；
[0013]电流区段判断模块的输出端连接正反向通断使能控制模块输入端，将电流区段标志信号Cur_Zon输入正反向通断使能控制模块，以使得正反向通断使能控制模块输出双向开关管开通方向使能信号S_Cur_Come和S_Cur_Back；
[0014]电流区段判断模块的输出端还连接电流升降控制模块输入端、相选控制模块输入端以及三相开关管控制信号生成模块输入端，以使得将电流区段标志信号Cur_Zon输入电流升降控制模块输入端、相选控制模块输入端以及三相开关管控制信号生成模块输入端；
[0015]所述正反向通断使能控制模块输出端连接三相开关管控制信号生成模块输入端，以使得将双向开关管开通方向使能信号S_Cur_Come和S_Cur_Back输入至三相开关管控制信号生成模块；
[0016]所述电流升降控制模块的输出端连接三相PWM信号生成模块输入端，所述电流升降控制模块的输入为相电流给定值i
*
_pha与输出相电流反馈值i_pha相减的偏差信号和电流区段标志信号Cur_Zon，输出为输出相相电流上升使能信号Cur_R和下降使能信号Cur_D；
[0017]所述相选控制模块输入输入侧三相电压u
a
、u
b
、u
c
、和电流区段标志信号Cur_Zon，输出使输出相相电流上升的输入相相电压选择信号和使输出相相电流下降的输入相相电压选择信号，相选控制模块输出端连接三相PWM信号生成模块输入端；
[0018]所述三相PWM信号生成模块输入端输入使输出相相电流上升的输入相相电压选择信号和使输出相相电流下降的输入相相电压选择信号以及相电流上升使能信号Cur_R、相电流下降使能信号Cur_D，其输出端输出三相双向开关PWM控制信号，输出端连接三相开关管控制信号生成模块输入端；
[0019]所述三相开关管控制信号生成模块根据输入的三相双向开关PWM控制信号以及双向开关管开通方向使能信号S_Cur_Come和S_Cur_Back以及电流区段标志信号Cur_Zon，来输出开关管的控制信号。
[0020]在一个技术方案中，所述电流升降控制模块包括延时判断模块和滞环调节器，所述滞环调节器的输出端与延时判断模块的输入端连接，其中，滞环调节器输入偏差信号，延迟判断模块输出上升使能信号Cur_R和下降使能信号Cur_D。
[0021]在一个技术方案中，所述矩阵式变换器包括N个输出相部分，分别为A相部分、B相部分、C相部分至N相部分的组合，每部分包含三个双向开关。
[0022]在一个技术方案中，所述矩阵式变换器输出的相电压和相电流按照A相、B相、C相至N相的顺序依次相位上滞后2π/N。
[0023]本专利技术第二方面提出了一种多相矩阵式变换器的控制方法，其特征在于，包括：
[0024]根据输出相的相电流的检测值，通过电流区段判断模块来判断输出相相电流所处的范围Cur_Zon；
[0025]将Cur_Zon的值输入正反向通断使能控制模块，输出决定该相电力电子双向开关中两个电流导通方向的三相开关管的开通使能信号S_Cur_Come和S_Cur_Back；
[0026]将相电流给定值和输出相电流反馈值相减获取偏差信号，将该偏差信号与Cur_Zon作为电流升降控制模块的输入信号，以获取输出相电流上升使能信号Cur_R以及输出相
相电流下降使能信号Cur_D；
[0027]将三相电压u
a
、u
b
、u
c
、和Cur_Zon来确定使输出相相电流上升的输入相相电压选择信号以及使输出相相电流下降的输入相相电压选择信号；
[0028]将已获取的输入相相电压选择信号和Cur_R、Cur_D输入三相PWM信号生成模块，经过其逻辑运算以确定为使输出相相电流升、降而选择导通的输入相，输出三相双向开关PWM控制信号，其中，若某相的双向开关PWM控制信号的取值为1，表示让该相双向开关开通，若取值为0，表示让该本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多相矩阵式变换器，其特征在于，包括：电流区段判断模块、相选控制模块、电流升降控制模块、正反向通断使能控制模块、三相PWM信号生成模块、三相开关管控制信号生成模块，其中：电流区段判断模块的输入为实测得到的输出相电流反馈值i_pha，输出为电流区段标志信号Cur_Zon，用于确定输出相电流值所处的范围；电流区段判断模块的输出端连接正反向通断使能控制模块输入端，将电流区段标志信号Cur_Zon输入正反向通断使能控制模块，以使得正反向通断使能控制模块输出双向开关管开通方向使能信号S_Cur_Come和S_Cur_Back；电流区段判断模块的输出端还连接电流升降控制模块输入端、相选控制模块输入端以及三相开关管控制信号生成模块输入端，以使得将电流区段标志信号Cur_Zon输入电流升降控制模块输入端、相选控制模块输入端以及三相开关管控制信号生成模块输入端；所述正反向通断使能控制模块输出端连接三相开关管控制信号生成模块输入端，以使得将双向开关管开通方向使能信号S_Cur_Come和S_Cur_Back输入至三相开关管控制信号生成模块；所述电流升降控制模块的输出端连接三相PWM信号生成模块输入端，所述电流升降控制模块的输入为相电流给定值i
*
_pha与输出相电流反馈值i_pha相减的偏差信号和电流区段标志信号Cur_Zon，输出为输出相相电流上升使能信号Cur_R和下降使能信号Cur_D；所述相选控制模块输入为输入侧三相电压u
a
、u
b
、u
c
、和电流区段标志信号Cur_Zon，输出使输出相相电流上升的输入相相电压选择信号和使输出相相电流下降的输入相相电压选择信号，相选控制模块输出端连接三相PWM信号生成模块输入端；所述三相PWM信号生成模块输入端输入使输出相相电流上升的输入相相电压选择信号和使输出相相电流下降的输入相相电压选择信号以及相电流上升使能信号Cur_R、相电流下降使能信号Cur_D，其输出端输出三相双向开关PWM控制信号，输出端连接三相开关管控制信号生成模块输入端；所述三相开关管控制信号生成模块根据输入的三相双向开关PWM控制信号以及双向开关管开通方向使能信号S_Cur_Come和S_Cur_Back以及电流区段标志信号Cur_Zon，来输出开关管的控制信号。2.根据权利要求1所述的一种多相矩阵式变换器，其特征在于，所述电流升降控制模块包括延时判断模块和滞环调节器，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙佃升，
申请(专利权)人：滨州学院，
类型：发明
国别省市：