矩阵式变换器的等效电路模型研究.pdfVIP

第9 卷 第2 期 电路与系统学报 Vol.9 No.2 2004 年 4 月 JOURNAL OF CIRCUITS AND SYSTEMS April 2004 文章编号 1007-0249 (2004) 02-0 130-05 * 矩阵式变换器的等效电路模型研究 郭有贵1,2 喻寿益1 朱建林2 1. 中南大学 信息科学与工程学院 湖南 长沙 410083 2. 湘潭大学 信息工程学院 湖南 湘潭 411105 摘要 本文把矩阵变换器分成五个部分 分别应用PARK 变换求出相应的等效电路 然后综合成不含开关元件 的矩阵变换器线性定常电路模型 运用线性电路的分析方法得出输入功率因数 输出电压增益 输入电流 输入有 功功率 无功功率的数学模型 提出了矩阵变换器输入功率最优控制的概念 推出满足这一最优控制的表达式 最 后 利用MATLAB 进行了有关仿真分析 验证了PARK 变换在矩阵变换器研究中的可行性 关键词 矩阵变换器 PARK 变换 等效电路 数学模型 仿真分析 中图分类号 TM1 TM391.9 文献标识码 A 1 引言 矩阵变换器是一种具有新型拓扑结构的环保型 绿色 变换器 采用9 个双向开关构成矩阵阵 列 具有许多优点[1-3] 受到了国内外学者的重视 已形成一个研究热点 矩阵变换器是一种直接的 交流 交流变换器 开关频率对其输入 输出产生直接的谐波影响 因此 有必要在矩阵变换器的 输入端和输出端设计相应的滤波器 于是 其输入端的电压不再是理想的电压源 输出端不再是理 想的电流源 再加上9 个双向开关的非线性 要对矩阵变换器进行分析变得非常困难 然而 应用 PARK 变换技术利用理想变压器来等效开关矩阵 再加上其它部分的分析 就可以得出矩阵变换器 总的等效线性电路模型 从而运用有关线性系统理论进行分析 大大降低了难度 [4] 1990 年Chun T Rim 提出了用理想变压器来等效理想开关元件的方法 之后不久 Kwon W H 将这一方法分别应用于升压式和降压式矩阵变换器[5,6] 用理想变压器等效开关矩阵 用回转器等效 三相R L C 得出了非理想条件下变换器某些特性的解析表达式 但文献[5, 6]对升压式和降压式 变换器要使用不同的等效电路模型 文献[7]开展了进一步的研究 发展了Kwon W H 的研究成果 将升压式 降压式及带有输入滤波器的矩阵变换器进行了统一 建立了规范化的线性等效电路模型 本文在文献[7]的基础上进一步研究 在矩阵变换器的输出端增加了滤波器 借助基本电路理论 利 用PARK 变换技术重新推导出输入电流 输出电压增益 功率因数 有功功率 无功功率等主要指 标的解析表达式 还提出了矩阵变换器输入有功功率最优控制的概念 推导出达到这一最优控制的 表达式 仿真验证了PARK 变换技术的可行性 在仿真研究中注重分析制约矩阵变换器产品化的重 要因素之一的电压传输比与有关参数的关系 2 矩阵变换器PARK 分析 在对矩阵变换器进行PARK 变换分析时 首先把矩阵变换器的电 路拓扑图分成几个部分 如图 1 所示 图中虚线把矩阵变换器分为5 个子电路 输入电源部分 ua ub uc 输入电感滤波部分 R 1 L 开关部分 S ~S 输出负载部分 R L 输出电容滤波部 1 1 9 2 2 分 C2 下面对各个子电路进行 PARK 变换分析 选用 PARK 变换 矩阵为 图1 矩阵变换器的拓扑结构 * 收稿日期 2003-10-24 修订日期 2003-11-26 基金项目 湖南省教育厅项目资助 03C462 第2 期