1.一种适用于三相高频链矩阵变换器的无窄脉冲调制方法,三相高频链矩阵变换器包括前级H桥逆变电路、高频变压器和后级单相输入三相输出型矩阵变换器;前级H桥逆变电路由4个带有反并联二极管的功率开关Sl(l∈{1,2,3,4})组成;高频变压器的变比为1,仅仅起能量传输和电气隔离的作用;后级单相输入三相输出型矩阵变换器由6个双向功率开关组成,每个双向功率开关由两个功率开关共发射极串联组成,12个功率开关标记为Sijk(i∈{a,b,c},j∈{p,n},k∈{1,2});在工作过程中,前级H桥逆变电路将输入的直流电压变换成占空比为0.5的高频交流方波,经过高频变压器,高频交流方波成为后级矩阵变换器的输入电压,其特征是,具体包括以下内容:
1)根据功率开关两端电压的变化规律计算三相桥臂的占空比,不需要扇区划分;根据矩阵变换器的输入电压upn极性的不同,将矩阵变换器等效成两个结构相同、方向相反的三相逆变电路,分别定义为正组三相逆变电路和负组三相逆变电路;正组、负组三相逆变电路的功率开关分别为Sij1和Sij2;
①当upn>0时,正组三相逆变电路工作,其上桥臂的功率开关Sip1两端的电压为:其中,upO为直流母线p和三相负载的中性点O之间的电压,uiO为矩阵变换器i相的输出电压;
②为了使输出的三相电压幅值最大,必须提高直流母线上的电压upO;因此,当输出侧i相电压幅值处于三相最大时,闭合功率开关Sip1;得出在一个周期内,直流母线上的电压upO始终与输出侧最大相电压相等,即:upO=max{uaO,ubO,ucO}
进一步,功率开关Sip1两端的电压表达式为:
③将矩阵变换器的输入电压Ud等效成两个幅值为 的电压源串联,设中点为O′,当开关Sip1导通Sin1关断时,i相桥臂和O′之间的电压 当开关Sip1关断、Sin1导通时,因此,uiO′的平均电压 为:其中,di为i相上桥臂的占空比;
直流母线p和O′之间的电压为常数 功率开关Sip1两端的电压为:
与②求得的 进行联立,即得到上桥臂的占空比di,表达式为:
式中,i∈{a,b,c};uiO为矩阵变换器i相桥臂的输出电压;根据电路原理,正组三相逆变电路下桥臂的占空比 的表达式为:④当upn<0时,负组三相逆变电路工作,其下桥臂的功率开关Sin2与正组逆变电路上桥臂的功率开关Sip1具有相同的作用;为了实现i相负载Zi在整个周期TS内与正极性直流母线相连接的时间为 当upn<0时,负组三相逆变电路下桥臂的占空比为 根据电路原理,负组三相逆变电路上桥臂的占空比为di;
⑤当upn>0时,负组三相逆变电路功率开关Sij2的通断不影响矩阵变换器的输出,当upn<0时,正组三相逆变电路功率开关Sij1同样不影响矩阵变换器的输出,为了减少功率开关的动作次数,在upn整个周期内,矩阵变换器上桥臂的占空比均为di,下桥臂均为
2)载波ucarr是周期为TS,幅值为0到1的等腰三角波,表达式为:
进一步,由于PWM波形是一种占空比改变的脉冲方波,占空比的变化规律和调制波幅值的变化规律相同;根据此原理,采用幅值为1,利用占空比函数等效表示的调制波,表达式为:构造与uri相关联的调制波u′ri,表达式为:
uri+u′ri=1
3)两条调制波uri和u′ri与载波ucarr进行调制的过程中,uri与ucarr在正斜率,即上升段交点到u′ri与ucarr在负斜率,即下降段交点的时长为0.5TS,且该时长不受调制波幅值变化的影响;uri和u′ri分别与ucarr进行调制,得出的调制结果为gi和g′i,表达式为:将调制结果gi和g′i进行异或运算,并将运算结果作为同步RS触发器的时钟脉冲cpi:同步RS触发器的R和S两个端子输入周期为TS、占空比为0.5并且反相的方波信号,在cpi控制下,最终得到各功率开关的驱动信号;
4)得到占空比始终为0.5的功率开关驱动信号,不含有窄脉冲;用该信号控制高频链矩阵变换器中各个功率开关的通断,最终得到三相对称的输出电压、电流波形。