本发明专利技术的基于60°坐标系的间接空间矢量矩阵变换器的控制系统及控制方法，该控制系统为：双向开关矩阵电路由个具有双向阻断能力和自关断能力的功率器件组成，形成3*3的开关阵列，每一个输出相都由一个双向开关与三相输入端分别相连，三相交流电源通过带阻尼电阻输入滤波器连接双向开关矩阵电路；该控制方法为：一、计算出虚拟的交-直-交结构中的虚拟直流侧电压和虚拟直流侧电流，二、求输出电压占空比和输出电流占空比，三、求出矢量作用时间和矢量分配情况，四、求出开关管的开通与关断。本发明专利技术为一种稳定、高效、可靠的电力转换装置，具有输出调频调幅广、输入输出波形正弦化、控制自由度大、能量双向流动、动态响应快等优点。
【技术实现步骤摘要】
： 本专利技术涉及一种电力转换装置，具体涉及一种基于60°坐标系的间接空间矢量矩 阵变换器的控制系统及控制方法。
技术介绍
： 在电气传动领域，直流调速系统具有结构复杂、造价昂贵、无法适应高压大容量高 速场合、需经常维护以及受环境限制等缺点，而交流调速系统具有结构简单、价格低廉、转 动惯量小、动态响应快、体积小、重量轻、维护简单以及可适应恶劣环境等优点，在电气传动 领域成为了发展趋势。随着电力半导体的迅速发展和PWM调制技术的日益成熟，交流传动 电源在工业自动化、农业生产和家庭生活也得到了广泛应用，并且开始逐步取代直流的趋 势。 现代供电系统通常采用交流供电，而交流传动电源主要是采用交-直-交间接变 换和交-交直接变换来得到。由于选择不同的开关器件，使得交-直-交变换器具有不同 的拓扑结构。图1(a)中采用了二极管不控整流和全控型器件PWM可控逆变构成的PWM变 换器，输出电压近似正弦，电路结构和控制方法相对简单，但不控整流和LC滤波电路会对 输入电流造成影响，使得输入电流发生畸变，谐波增大，输入功率因数偏低，能量无法实现 双向流动，并且需要体积庞大的中间直流储能大电容；图1(b)中整流和逆变均采用全控型 器件构成的双PWM变换器，解决了前面不控整流的问题，实现了输入电流和输出电压的正 弦特性，且能量可双向流动以及实现了高功率因数运行，但该结构同样需要体积庞大的中 间直流储能大电容。 交-交直接变换器采用晶闸管构成的交-交变频电路，也称为周波变换器。为了 让三相输入交流和负载部分的三相交流电机实现功率低频的直接传递，可采用对晶闸管相 控整流达到，主要应用在大功率低速运转的生产机械中。交-交直接变换器采用余弦交点 法触发控制方式来实现输出波形的正弦变化，由于没有中间直流环节，实现了一次变换，并 利用电网电压实现晶闸管的自然换流，提高了变换效率，且实现了能量的双向流动和四象 限运行，使整个系统的能耗降低。由于采用移相触发方式实现的功率变换，使得电流和电压 波形畸变严重且谐波含量丰富，对电网和发电机的影响很大，且调频范围比较窄，通常为电 源频率的1/3~1/2,控制方法虽然比较简单，但是其能够得到的输入功率因数较低，且实 现控制的线路比较复杂，成本较高。
技术实现思路
： 本专利技术提供了一种基于60°坐标系的间接空间矢量矩阵变换器的控制系统及控 制方法，其为一种稳定、高效、可靠的电力转换装置，具有输出调频调幅广、输入输出波形正 弦化、控制自由度大、能量双向流动、动态响应快等优点。 本专利技术的基于60°坐标系的间接空间矢量矩阵变换器的控制系统，包括与阻感负 载相连的双向开关矩阵电路、通过驱动电路与双向开关矩阵电路相连的控制电路及三相交 流电源，为实现上述目的所采用的技术方案在于：所述双向开关矩阵电路由个具有双向阻 断能力和自关断能力的功率器件组成，形成3*3的开关阵列，每一个输出相都由一个双向 开关与三相输入端分别相连，三相交流电源通过带阻尼电阻输入滤波器连接双向开关矩阵 电路，带阻尼电阻输入滤波器连接双向开关矩阵电路构成三相-三相矩阵变换器，双向开 关矩阵电路的两端连接箝位电路，三相交流电源与带阻尼电阻输入滤波器之间的母线通过 输入相电压过零检测电路连接控制电路，双向开关矩阵电路与阻感负载之间的母线通过负 载电流极性检测电路连接控制电路。 作为本控制系统的进一步改进，所述箝位电路由接触器KM1、接触器KM2及接触器 KM3构成，接触器KM1主触点与三相-三相矩阵变换器、接触器KM3主触点串联后与接触器 KM2并联，最后经热继电器FR与作为负载电阻的电动机Μ串联，控制电路通过相互并联的中 间继电器ΚΑ1线圈、中间继电器ΚΑ2线圈、中间继电器ΚΑ3线圈与三相-三相矩阵变换器相 连，中间继电器ΚΑ2线圈与三相-三相矩阵变换器之间设有中间继电器ΚΑ3的常闭触点，中 间继电器ΚΑ3线圈与三相-三相矩阵变换器之间设有中间继电器ΚΑ2的常闭触点；所述双 向开关矩阵电路由工频-变频启动停止开关电路和报警电路构成，所述工频-变频启动停 止开关电路中的接触器ΚΜ1线圈、接触器ΚΜ2线圈、接触器ΚΜ3线圈相互并联后与三相-三 相矩阵变换器相连，接触器ΚΜ1线圈的支路上依次串联有中间继电器ΚΑ1的常开触点、启动 按钮SB1、停止按钮SB2，接触器ΚΜ2线圈的支路上依次串联有接触器ΚΜ3常闭触点、中间继 电器KA2常开触点，接触器KM3线圈支路上依次串联有接触器KM2常闭触点、中间继电器 KA3常开触点；所述报警电路中的振铃HA、报警灯HL及中间继电器ΚΑ0线圈相互并联后依 次经复位按钮SB3和中间继电器ΚΑ0常开触点连接三相-三相矩阵变换器。在出现故障时， 接触器KM2主触点闭合，接触器KM3主触点断开，三相-三相矩阵变换器被短接，实现工频 输出，由电网直接给电动机Μ供电，从而对三相-三相矩阵变换器进行保护。 作为本控制系统的进一步改进，所述双向开关为背靠背结构共发射极方式的双向 开关，可流过双向电流，且能对电流在两个方向上进行独立控制，实现安全换流，具有在任 意时刻导通元件少、导通损耗小的优点。 作为本控制系统的进一步改进，控制电路和驱动电路由单相电源经驱动电源电路 进行供电。 作为本控制系统的进一步改进，输入相电压过零检测电路和负载电流极性检测电 路分别通过信号调理电路连接控制电路，经信号调理电路将信号调整放大后传递给控制电 路，以提高信号传递的精准性。 作为本控制系统的进一步改进，所述控制电路连接输出电压频率给定电路和保护 电路， 本专利技术的基于60°坐标系的间接空间矢量矩阵变换器的控制方法，采用的技术方 案在于由以下步骤构成：步骤一、依靠双空间矢量调制技术SVPWM将三相-三相矩阵变换器等效成虚拟的 交-直-交结构，双空间矢量调制技术SVPWM分别通过虚拟整流侧VSR和虚拟逆变侧VSI 根据三相交流电源的输入电压计算出虚拟的交-直-交结构中的虚拟直流侧电压和虚拟直 流侧电流， 在计算虚拟直流侧电压的过程中，对虚拟逆变侧VSI的输出线电压U。进行SVPWM 调制时，可令虚拟逆变侧VSI的供电直流侧电压Upn =Ud。，根据输出线电压空间矢量U。的定 义：获得虚拟直流侧电压， 在计算虚拟整流侧电流的过程中，对虚拟整流侧VSR的输入相电流进行SVPWM调 制时， 可令虚拟整流侧VSR产生的直流电流iP=Id。，根据输入相电压空间矢量Uiph的定 义：获得虚拟直流侧电流； 步骤二、利用计算出的虚拟直流侧电压Upn和虚拟直流侧电流I@求出输出电压占 空比和输出电流占空比， 在某一时刻，输出线电压空间矢量由两个相邻的非零矢量Ua、Ue和一个零矢量U。 合成，则各矢量作用时间根据正弦定理得： 其中：d。、de、4分别为电压矢量U。、Ue、U。的占空比，mvS电压调制系数，且为开关的导通时间，Θsv为输出电压矢量与扇区起始位置 之间的夹角， 在某一时刻，输入相电流空间矢量由两个相邻的非零矢量I、Ιγ和一个零矢量I。 合成，则各矢量作用时间根据正弦定理得：其中：du、dY、d。。分别为电流矢量Iμ、Ιγ、I。的占空比，为电流调制系数，且 0彡mc=Iini/Idc< 1，Tu、TY、TQc为开关的导通时间，Θsc为输入电本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于60°坐标系的间接空间矢量矩阵变换器的控制系统，包括与阻感负载(1)相连的双向开关矩阵电路(2)、通过驱动电路(3)与双向开关矩阵电路(2)相连的控制电路(4)及三相交流电源(5)，其特征在于：所述双向开关矩阵电路(2)由9个具有双向阻断能力和自关断能力的功率器件组成，形成3*3的开关阵列，每一个输出相都由一个双向开关与三相输入端分别相连，三相交流电源(5)通过带阻尼电阻输入滤波器(6)连接双向开关矩阵电路(2)，带阻尼电阻输入滤波器(6)连接双向开关矩阵电路(2)构成三相‑三相矩阵变换器，双向开关矩阵电路(2)的两端连接箝位电路(7)，三相交流电源(5)与带阻尼电阻输入滤波器(6)之间的母线通过输入相电压过零检测电路(8)连接控制电路(4)，双向开关矩阵电路(2)与阻感负载(1)之间的母线通过负载电流极性检测电路(9)连接控制电路(4)。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：高晗璎，陈济，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23
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