矩阵变换器空间矢量调制方法技术

为了提供用于矩阵变换器的空间矢量调制方法，当进行载波比较时该方法对于三相只使用一个载波。所提供的方法是矩阵变换器空间矢量调制方法，在该方法中，矩阵变换器（３）的双向开关（ＳＷ１至ＳＷ９）从多相交流电源在空间矢量调制中被ＰＷＭ控制。将对其使用虚拟间接空间矢量的切换模式变换成对其使用由五个矢量构成的直接变换空间矢量的切换模式。选择满足预定条件的变换切换模式中的任一个，并且使用在虚拟间接变换空间矢量和直接变换空间矢量之间的负荷关系公式，计算所选的切换模式的五个矢量的负荷。然后，基于计算的负荷ＰＷＭ控制矩阵变换器。

【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构造成得到多相输出的交流-交流直接变换装置 (矩阵变换器)-该多相输出是从多相交流电源到任意电压或频率的变 换，并且具体地说，涉及一种用于表示空间矢量-这些空间矢量的数值 和相位分别在其输入和输出处时时刻刻在变化、和用于借助于选择的 待使用的基矢量进行负荷计算的空间矢量调制方法。
技术介绍
常规存在的这样一种矩阵变换器是变换装置，在该变换装置中， 使用自-换相半导体元件的双向开关以高速变化以将单相或多相交流 输入变换成具有任意电压或频率的电力，并且构造成如图l所示。图1表示三相/三相矩阵变换器的基本构造。三相交流电源1经由电抗器和电容器构成的输入滤波器部2和由九个双向开关(SW1 至SW9 )构成的半导体功率变换部3连接到任意负载4上。九个双向 开关SW1至SW9由18个反向阻断IGBT、诸如普通IGBT和二极管 之类的半导体元件的组合等构成。尽管没有形成其详细构造方法的骨 架，但能够在两个方向上供给功率或接收功率的切换元件构成上述九 个双向开关。应该注意，如图1所示，电源三相是RST相，并且输出三相是 UVW相。非专利文献1至4已经按常规描述了用于矩阵变换器的各种空间 矢量调制方法。由矩阵变换器代表的交流-交流直接变换装置是电压源功率变换 器和电流源功率变换器的组合形式，并且是从交流到交流的直接功率 变换装置，在该电压源功率变换器中，电源电压被PWM控制以产生其输出电压，在该电流源功率变换器中，输出负载电流被认为是电流源，并且PWM控制使其电源电流产生。为了由九个双向开关实现对 于两个功率变换器的同时控制，相互控制彼此相关联(也就是说，提 供限制条件，使得在其输入与其输出之间供给和接收的瞬时三相有效 功率需要彼此一致)。接下来，考虑到上述问题，这里将定义矩阵变换器的空间矢量。 矩阵变换器的输出电压从交流电源电压产生，并且其输入电流在 PWM方法中从交流负载电流产生。所以，与一般可得到的直流-交流 变换装置(逆变器)的空间矢量不同，通过PWM控制可由矩阵变换 器产生的瞬时空间矢量时时刻刻在波动。输出电压侧的空间矢量的瞬 时空间矢量的波动取决于电源电压的相位和数值，该电源电压提供用 于在PWM方法中的斩波的基础。输入电流侧的瞬时空间矢量依据输 出负栽电流的相位和数值而波动。另外，矩阵变换器的切换模式需要给出这样的限制条件(1) 不发生电源短路和(2)不发生负载电流的断续。以上条款(1)提供 防止由于电源短路而引起的过电流破坏的目的，并且以上条款(2) 提供防止由于在感应负载的电感中存储的能量引起的过电压故障。考 虑到这些条件，九个双向开关SW1至SW9的切换模式被限制为27 种(33)组合。如果将27种切换模式扩展到输入侧和输出侧处的静止ap坐标系 上时，这些切换模式可表现为表格l。表II<table>table see original document page 6</column></row><table>在表1中，空间矢量被划分成六组简谐矢量组的简谐振荡矢量 Sl，每个矢量以30度的相位角的方向作为正轴；筒谐振荡矢量S2， 每个矢量以150度的相位角的方向作为正轴；简谐振荡矢量S3，每个 矢量以270度的相位角的方向作为正轴；旋转矢量Rl，每个矢量具 有最大恒定长度并且沿逆时针方向旋转；旋转矢量R2，每个矢量具 有相同的恒定长度并且沿顺时针方向旋转；及零矢量Z，每个矢量被 固定在六边形的中心零点上。这些相应基矢量取决于输入电压的相位 e。换句话说，这些相应基矢量与输入电压的角速度coi同步地波动。 另外，每个基矢量的长度(六边形的数值)与输入线电压的数值相对 应。如以前描述的那样，由于瞬时空间矢量时时刻刻在变化，所以它 们与相应相位同步地波动。当注意在静止Ot P坐标系上的瞬时空间矢 量的波动方向时，27种矢量可分类成18种简谐振荡矢量(在三个轴 上的相应六种，并且相应相位关系是恒定的)、六种旋转矢量(在顺 时针方向上三种、和在逆时针方向上三种，并且相应数值是恒定的)、 及剩余的三种零矢量(在原点的位置处不可变)。表l是以输出侧空间矢量为基准的27种模式的分类的例子。上 述的空间矢量的这样一种基本概念从非专利文献4等已知。非专利文献1和2描述了一种从直接考虑输入三相电压的状态和 从期望的三相输出电压和三相输入电流的连接九个开关的方法(交流 -交流直接变换方法)。其目的是，减少输出电压谐波，并且防止在输 入最大电压相与输入最小电压相之间的开关变化。另外，对于降低功 率损失和噪声减小是有效的。非专利文献1和2已经提出，在常规交流/交流直接变换方法中 在控制周期T内将如下条件添加到切换模式产生条件上。1. 禁止从输入最大电压相到最小电压相和从最小电压相到最大 电压相的换相。2. 输入最小电压相未连接到输出电压指令的最大电压相上，并且 输入最大电压相未连接到输出电压指令的最小电压相上。图2表示上述条件添加到其上的输出电压和切换模式的例子。分 别地，图2 (a)表示其中输出电压指令值是高的情况，并且图2(b) 表示其中输出电压指令值是低的情况(应该注意，图2 (a)和2 (b) 指示当输入相电压R相〉S相>1相并且输出指令值相电压U相〉V相 >\￥相的情况)。作为产生上述切换模式的技术，可利用三角波比较方法，该方法 是已经被常规和频繁地使用的简单技术。计算接通分别连接到矩阵变 换器的输出的相应相上的三个开关的负荷，并且此后，对于相应输出 相分开地进行载波比较，以确定脉沖输出持续时间。在非专利文献3中描述的方法采纳一种方法，在该方法中，在通过常规虚拟间接调制方法计算负荷值之后，对于在非专利文献l中所描述的相应三相将计算的负荷值分开地扩展到载波比较(carrier comparison )，鉴于常规负荷计算基于直接交流/交流变换形式的事实、 和直接交流/交流变换形式自然具有提供三相有效功率是恒定的这样 一种条件的需要的负荷计算。这种方法具有如下最大特征尽管计算负荷的阶段是在虚拟间接 调制方法中，但在三相分开比较之后得到与交流/交流直接变换调制方 法相同的脉冲模式。非专利文献3描述到，从电源电压检测值和输出电压指令得到在 输入虚拟整流器处的空间矢量和在输出虚拟逆变器处的空间矢量，如 图3中所示。同时，如图4中所示，得到输入和输出指令矢量的扇区 信息和输入电源R、 S、及T相和输出U-相、V-相、及W-相的数值 关系信息。这里应该注意，将解释扇区信息。输入电流指令和输出电压指令 被三相至三相变换，以得到它们的相应瞬时空间指令矢量。另外，虛 拟整流器和虛拟逆变器的切换组合定义如图3所示的相应空间矢量。 在这时，诸如在图3中的空间中画出圆轨迹之类的指令矢量，即，分 别提供三相正弦波电流和电压指令。这里，这些空间如图4中所示被 分割。在图4U)的输入电流空间矢量的情况下，当输入电流指令矢 量的相位是从零度(0)至30度时，定义扇区l，并且当输入电流指 令矢量的相位是从30度至60度时，定义扇区2。以相同方式，当在 360度上继续空间分割时，根据相位可定义扇区1至12的十二个扇区。 在输出电压指令矢量的情况下，可定义用于60度中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种矩阵变换器空间矢量调制方法，在该方法中，矩阵变换器的双向开关在空间矢量调制中被ＰＷＭ控制，该方法包括：　假定多相交流输出的线电压是在两相静止αβ轴上扩展的矢量的状态；　将在存在输出电压指令值Ｖｏ＊的扇区中其相位滞后的简谐振荡 矢量轴定义为Ｘ轴，并且将在扇区中其相位超前的简谐振荡轴定义为Ｙ轴；　假定在相应轴上的最大矢量Ｘ↓［Ｌ］、Ｙ↓［Ｌ］、中间矢量Ｘ↓［Ｍ］、Ｙ↓［Ｍ］、及最小矢量Ｘ↓［Ｓ］、Ｙ↓［Ｓ］、提供相电压的中间电压的零矢量Ｚ、及在扇区中单一地存在 的旋转矢量Ｒ，是基矢量；　将对其使用虚拟间接空间矢量的切换模式变换成对其使用通过五个矢量的组合构成的直接变换空间矢量的其它切换模式；　选择满足预定条件的变换切换模式中的任一个，以减少矩阵变换器的输入电流和／或其输出电压的谐波；　 　从在虚拟间接空间矢量和直接变换空间矢量之间的负荷关系公式，计算在所选的切换模式中进行过渡的五个空间矢量的负荷；以及　基于计算出的负荷，进行用于双向开关的ＰＷＭ控制。

【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：漆畑正太，只野裕吾，
申请(专利权)人：株式会社明电舍，
类型：发明
国别省市：JP[日本]