一種矩陣變換器空間矢量調(diào)制策略的控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種矩陣變換器空間矢量調(diào)制策略的控制系統(tǒng)，包括矩陣變換器主電路、負(fù)載電流方向信號(hào)檢測電路、輸入電壓信號(hào)檢測電路、CPU控制器、2?4譯碼器、四步換流邏輯電路(CPLD)；四步換流邏輯電路的輸出端與矩陣變換器主電路九個(gè)雙向功率開關(guān)的輸入端連接；負(fù)載電流方向信號(hào)檢測電路的輸出端與四步換流邏輯電路的電流輸入端連接；輸入電壓信號(hào)檢測電路的輸出端與CPU控制器的電壓輸入端連接；CPU控制器的輸出端與2?4譯碼器的地址輸入端連接；2?4譯碼器的輸出端與四步換流邏輯電路的控制輸入端連接。本實(shí)用新型簡化了控制電路，提高了CPLD的工作效率，減少了系統(tǒng)故障率，提高了系統(tǒng)的控制性能。
【專利說明】
一種矩陣變換器空間矢量調(diào)制策略的控制系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實(shí)用新型涉及驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的變換器控制領(lǐng)域，尤其涉及一種三相矩陣變換器空 間矢量調(diào)制策略的控制系統(tǒng)。該矩陣變換器具有按3X3開關(guān)矩陣形式排列的九個(gè)雙向功率 開關(guān)，其雙向功率開關(guān)分別由兩個(gè)反向串聯(lián)的半導(dǎo)體開關(guān)組成。
【背景技術(shù)】
[0002] 矩陣變換器是一種沒有中間回路的直接變換器。通過將雙向功率開關(guān)排列成3X3 開關(guān)矩陣的形式，矩陣變換器的三個(gè)輸出相的每一相可分別與一個(gè)輸入相連接，每一個(gè)輸 出相通過三個(gè)雙向功率開關(guān)分別與三個(gè)輸入相連接。通過控制各個(gè)雙向功率開關(guān)，能將給 定的交流輸入直接轉(zhuǎn)換成不同電壓和不同頻率的交流輸出，并能得到正弦形的電網(wǎng)電流。
[0003] 三相矩陣變換器由九個(gè)雙向功率開關(guān)，按3X3開關(guān)矩陣形式構(gòu)成，通過控制九個(gè) 雙向功率開關(guān)可以使輸出相A、B、C與任意一個(gè)期望的輸入相a、b、c直接連接。矩陣變換器的 每個(gè)輸出相A或B或C通過三個(gè)雙向功率開關(guān)與三相輸入a，b，c相連接，三相矩陣變換器的主 電路和控制電路圖如圖1所示。
[0004] 在矩陣變換器中，雙向功率開關(guān)由兩個(gè)反向串聯(lián)的半導(dǎo)體開關(guān)構(gòu)成，雙向功率開 關(guān)的電路圖如圖2所示（以SAa為例）。在中、小功率矩陣變換器中，選用具有一個(gè)反并聯(lián)二極 管的絕緣柵極雙極晶體管（IGBT)作為此半導(dǎo)體開關(guān)。兩個(gè)反向串聯(lián)的半導(dǎo)體開關(guān)可采用 "共發(fā)射極"或者"共集電極"的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。通過分別控制兩個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)S Aa_P和SAa_n，可以將 電流路徑按某一方向接通。如果定義負(fù)載電流從輸入相流向輸出相為電流正方向，那么當(dāng) 負(fù)載電流為正方向時(shí)，半導(dǎo)體開關(guān)SAa_p導(dǎo)通，當(dāng)負(fù)載電流為負(fù)方向時(shí)，半導(dǎo)體開關(guān)SA a_n導(dǎo)通。 一般情況下，允許兩個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)SAa_P和SAa_ n同時(shí)管段，但不允許兩個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)SAa_P和 sAa_n同時(shí)導(dǎo)通，以防輸入相之間短路。
[0005] 傳統(tǒng)的控制方法一般是首先根據(jù)輸出電壓空間矢量和輸入電流空間矢量的幅值 和相位，計(jì)算出輸出電壓空間矢量和輸入電流空間矢量的所在區(qū)間以及對(duì)應(yīng)的調(diào)制度，輸 出電壓空間矢量和輸入電流空間矢量區(qū)間劃分圖如圖3和圖4;其次計(jì)算出所用電壓空間矢 量的作用時(shí)間；然后根據(jù)輸入電流空間矢量所在區(qū)間和輸出電壓空間矢量所在區(qū)間，確定 所用的五個(gè)電壓空間矢量;最后按照矩陣變換器的空間矢量調(diào)制策略，在每個(gè)調(diào)制周期中 電壓空間矢量對(duì)應(yīng)的作用時(shí)間，確定五個(gè)電壓空間矢量的開關(guān)狀態(tài)順序。按此開關(guān)狀態(tài)順 序和作用時(shí)間控制雙向功率開關(guān)，則在每個(gè)調(diào)制周期中可以獲得與期望電壓的平均值相同 的輸出電壓。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述控制目的，矩陣變換器的控制一般采用CPU控制器和四步換流邏輯電 路(CPLD)復(fù)雜可編程邏輯器件來完成。CPU控制器實(shí)現(xiàn)輸出6路輸入電流空間矢量扇區(qū)號(hào)、6 路輸出電壓空間矢量扇區(qū)號(hào)和由作用時(shí)間生成的4路PWM信號(hào)；四步換流邏輯電路(CPLD)復(fù) 雜可編程邏輯器件實(shí)現(xiàn)解碼、延遲和開關(guān)序列的功能，最終生成18路開關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出至 驅(qū)動(dòng)電路，以控制矩陣變換器。為了輸出6路輸入電流空間矢量扇區(qū)號(hào)和6路輸出電壓空間 矢量扇區(qū)號(hào)與由作用時(shí)間生成的4路PWM信號(hào)的同步，還需要使用一片鎖存器以實(shí)現(xiàn)扇區(qū)號(hào) 和4路PWM信號(hào)的同步。這樣使得CPU控制器的輸出信號(hào)過多導(dǎo)致信號(hào)之間需要增加信號(hào)的 同步控制，從而增加控制的難度，同時(shí)由于四步換流邏輯電路(CPLD)復(fù)雜可編程邏輯器件 要實(shí)現(xiàn)解碼、延遲和開關(guān)序列三種功能，使得CPLD復(fù)雜可編程邏輯器件的軟件編程過于復(fù) 雜，最終導(dǎo)致控制系統(tǒng)的整體性能變差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 為克服傳統(tǒng)矩陣變換器空間矢量調(diào)制策略的不足，本實(shí)用新型提出了一種矩陣變 換器空間矢量調(diào)制策略的控制系統(tǒng)，有效簡化了控制電路，降低了系統(tǒng)控制難度，減少了 CPLD的工作量，降低了CPLD軟件編程的難度，提高了CPLD的工作效率，減少了系統(tǒng)的故障 率，從而使系統(tǒng)的控制性能得到提尚。
[0008] 本實(shí)用新型的目的及解決其技術(shù)問題是采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的。
[0009] 依據(jù)本實(shí)用新型提出的一種矩陣變換器空間矢量調(diào)制策略的控制系統(tǒng)，其中包括 矩陣變換器主電路、負(fù)載電流方向信號(hào)檢測電路、輸入電壓信號(hào)檢測電路、CPU控制器、2-4 譯碼器、四步換流邏輯電路；
[0010] 其中，所述輸出代表功率開關(guān)器件驅(qū)動(dòng)信號(hào)的四步換流邏輯電路的輸出端與矩陣 變換器主電路九個(gè)雙向功率開關(guān)的輸入控制端連接;輸出代表負(fù)載電流方向信號(hào)的負(fù)載電 流方向信號(hào)檢測電路的輸出端與四步換流邏輯電路的電流輸入端連接；
[0011 ]輸出代表輸入電壓信號(hào)的輸入電壓信號(hào)檢測電路的輸出端與CPU控制器的電壓輸 入端連接;輸出代表電壓空間矢量地址信號(hào)的CPU控制器的輸出端與2-4譯碼器的地址輸入 端連接;輸出代表九個(gè)雙向功率開關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的2-4譯碼器的輸出端與四步換流邏輯電路 的控制輸入端連接。
[0012] 前述的一種矩陣變換器空間矢量調(diào)制策略的控制系統(tǒng)，其中，所述CPU控制器是利 用輸出電壓空間矢量區(qū)間號(hào)Sv、輸入電流空間矢量區(qū)間號(hào)Si和空間矢量作用時(shí)間順序號(hào)S t 通過查三維查詢電壓空間矢量選擇表和輸出電壓空間矢量對(duì)應(yīng)地址信號(hào)表得到送入2-4譯 碼器的地址信號(hào)的一種控制器。
[0013] 前述的一種矩陣變換器空間矢量調(diào)制策略的控制系統(tǒng)，其中，所述2-4譯碼器是把 從CPU控制器輸出的地址信號(hào)換成開關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)信號(hào)并送入四步換流邏輯電路的一種轉(zhuǎn) 換器。
[0014] 前述的一種矩陣變換器空間矢量調(diào)制策略的控制系統(tǒng)，其中，所述四步換流邏輯 電路是根據(jù)負(fù)載電流方向信號(hào)檢測電路得到的負(fù)載電流方向信號(hào)實(shí)現(xiàn)開關(guān)器件準(zhǔn)確、安全 換流的一種電路。
[0015] 前述的一種矩陣變換器空間矢量調(diào)制策略的控制系統(tǒng)，其中，負(fù)載電流方向信號(hào) 檢測電路由電流傳感器構(gòu)成，所述電流傳感器選用霍爾型電流傳感器。
[0016] 本實(shí)用新型的目的及解決其技術(shù)問題還可采用以下技術(shù)方案進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。
[0017] -種前述的矩陣變換器空間矢量調(diào)制策略的控制系統(tǒng)，其控制方法是根據(jù)輸出電 壓空間矢量區(qū)間號(hào)Sv、輸入電流空間矢量區(qū)間號(hào)Si和空間矢量作用時(shí)間順序號(hào)St，利用CPU 控制器查三維查詢電壓空間矢量選擇表(表2)得到當(dāng)前所用電壓空間矢量，再利用電壓空 間矢量對(duì)應(yīng)的地址信號(hào)送入三個(gè)2-4譯碼器產(chǎn)生開關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，通過四步換流邏輯 電路(CPLD)驅(qū)動(dòng)矩陣變換器的九個(gè)開關(guān)器件，實(shí)現(xiàn)對(duì)矩陣變換器的控制;其具體步驟如下：
[0018] (1):根據(jù)期望輸出電壓幅值和頻率求出輸出電壓空間矢量u。;利用輸入電壓信號(hào) 檢測電路得到的三相輸入相電壓求出輸入電壓空間矢量m。
[0019] ⑵：利用輸出電壓空間矢量的幅值U。和輸入電壓空間矢量的幅值Ui計(jì)算出矩陣變 換器的電壓調(diào)制度m。
[0020] (3):利用輸出電壓空間矢量的相位Θ。計(jì)算出輸出電壓空間矢量所在的區(qū)間Sv，并 求出輸出電壓空間矢量所在區(qū)間的相對(duì)位置角Θ。'。
[0021] (4):利用輸入電壓空間矢量的相位0,計(jì)算出輸入電流空間矢量所在的區(qū)間51，并 求出輸入電流空間矢量所在區(qū)間的相對(duì)位置角θ' 1<3
[0022] (5):根據(jù)電壓調(diào)制度m、輸出電壓空間矢量所在區(qū)間的相對(duì)位置角Θ。'和輸入電流 空間矢量所在區(qū)間的相對(duì)位置角Μ i計(jì)算出電壓空間矢量的作用時(shí)間：Tam、Tan、Tftn、Tfti、T〇。
[0023] (6):按照九段對(duì)稱式電壓空間矢量調(diào)制模式，九段對(duì)稱式空間矢量調(diào)制模式空間 矢量作用時(shí)間順序圖如圖5,根據(jù)五個(gè)開關(guān)狀態(tài)的調(diào)制順序計(jì)算出電壓空間矢量作用的時(shí) 間順序號(hào)St。
[0024] (7):根據(jù)輸出電壓空間矢量區(qū)間號(hào)Sv、輸入電流空間矢量區(qū)間號(hào)Si和空間矢量作 用時(shí)間順序號(hào)St，利用CPU控制器查三維查詢電壓空間矢量選擇表(表2)得到當(dāng)前所用電壓 空間矢量U( s)3,并利用輸出電壓空間矢量對(duì)應(yīng)地址信號(hào)表(表1)求出電壓空間矢量對(duì)應(yīng)的 地址信號(hào)U(S)2。
[0025] (8):把電壓空間矢量對(duì)應(yīng)的地址信號(hào)U(s)2通過CPU控制器ΠΜ1~PWM6輸出口送入 2-4譯碼器。
[0026] (9):由2-4譯碼器輸出的開關(guān)器件驅(qū)動(dòng)信號(hào)通過四步換流邏輯電路(CPLD)驅(qū)動(dòng)矩 陣變換器的九個(gè)開關(guān)器件，實(shí)現(xiàn)對(duì)矩陣變換器的控制。
[0027] 前述的控制方法，所述輸出電壓空間矢量u。就是根據(jù)期望輸出的相電壓幅值U。和 頻率ω。利用如下計(jì)算公式得到的電壓空間矢量：
[0029]前述的控制方法，所述輸入電壓空間矢量m就是通過輸入電壓信號(hào)檢測電路得到 的三相輸入相電壓Ua = UiC〇s( ω it)、Ub = UiC〇s( ω it-2V3)、Uc = UiC〇s( ω it+2V3)利用如 下計(jì)算公式得到的電壓空間矢量：
[0031 ]前述的控制方法，所述電壓調(diào)制度m就是利用輸出電壓空間矢量的幅值U。和輸入 電壓空間矢量的幅值U利用如下計(jì)算公式得到的調(diào)制度：
[0033] 前述的控制方法，所述輸出電壓空間矢量所在的區(qū)間信號(hào)Sv和輸出電壓空間矢量 所在區(qū)間的相對(duì)位置角Θ。'就是根據(jù)輸出電壓空間矢量的相位Θ。得到的信號(hào)，計(jì)算公式如 下：
[0034] ⑴當(dāng) 〇〈θ。彡 jt/3 時(shí)，SV=1，0O，=0O;
[0035] ⑵當(dāng) π/3〈θ。彡 2jt/3時(shí)，Sv = 2，Θ。，= 0q-jt/3 ;
[0036] ⑶當(dāng) 2π/3〈θ。彡 jt時(shí)，Sv = 3，θ。，= θ〇-2π/3;
[0037] ⑷當(dāng) π〈θ。彡 4π/3時(shí)，Sv = 4，0o，=0o-jt;
[0038] (5)當(dāng) 4π/3〈θ。彡 5π/3時(shí)，Sv = 5，θ。，= θ0-4π/3;
[0039] (6)當(dāng) 5π/3〈θ。彡 2π時(shí)，Sv = 6，θ。，= θ〇-5π/3。
[0040] 前述的控制方法，所述輸入電流空間矢量所在的區(qū)間信號(hào)Si和輸入電流空間矢量 所在區(qū)間的相對(duì)位置角θ'i就是根據(jù)輸入電壓空間矢量的相位得到的信號(hào)，計(jì)算公式如 下：
[0041] ⑴當(dāng) = =
[0042] ⑵當(dāng)Ji/6〈9i彡jt/2時(shí)，Si = 2，θ' i = 0^/3;
[0043] ⑶當(dāng)Ji/2〈9i彡5jt/6時(shí)，Si = 3，θ' i = 0i-2Ji/3;
[0044] ⑷當(dāng) 5V6〈9i 彡 7jt/6 時(shí)，= =
[0045] (5)當(dāng)7V6〈9i彡9jt/6時(shí)，Si = 5，θ' i = 0i-4Ji/3;
[0046] (6)當(dāng)9V6〈9i彡 1 1jt/6時(shí)，Si = 6，θ' i = 0i-5Ji/3。
[0047] 前述的控制方法，所述電壓空間矢量的作用時(shí)間Tam、Tan、Tfim、Tfin、T〇就是電壓調(diào)制 度m、輸出電壓空間矢量所在區(qū)間的相對(duì)位置角θ'。和輸入電流空間矢量所在區(qū)間的相對(duì)位 置角θ'4導(dǎo)到的時(shí)間信號(hào)，計(jì)算公式如下：
[0048] Tam=m · sin(60° -θ〇') · sin(60° -Θ7 i)
[0049] Tan=m · sin(60°-9〇,) · sinBi'
[0050] Tftn=m · sin9〇' · sin(60。-θ'i)
[0051] Tpn=m · sin0〇' · sinB7 i
[0052] T〇 = Ts-Tam_Tan-Tftn_Tfc 0
[0053] 前述的控制方法，所述電壓空間矢量作用的時(shí)間順序號(hào)St就是根據(jù)五個(gè)開關(guān)狀態(tài) 的調(diào)制順序和作用時(shí)間得到的信號(hào)，計(jì)算公式如下：
[0054] ⑴如果Sv+Si為奇數(shù)，則Ti = Tam，T2 = Tan，T3 = Tfk，T4 = Ten，T5 = T〇 ;
[0055] ⑵如果Sv+Si為偶數(shù)，則Ti = Tan，T2 = Tam，T3 = Ten，T4 = Tfk，T5 = T〇 ;
[0056] 因此：
[0057] ①當(dāng) 0 彡tCh/2 時(shí)，St=l;
[0058] ②當(dāng) 1/2 彡 ^(1^+1^)/2時(shí)，St = 2;
[0059] ③當(dāng)（T1+T2) /2 彡 t〈（ T1+T2+T3) /2 時(shí)，St = 3;
[0060] ④當(dāng)（T1+T2+T3) /2 彡 t〈（ T1+T2+T3+T4) /2 時(shí)，St = 4;
[0061 ]⑤當(dāng)（T1+T2+T3+T4) /2 彡 t〈（ T1+T2+T3+T4) /2+To 時(shí)，St = 5;
[0062]⑥當(dāng)（Ti+T2+T3+T4)/2+Tq彡 t〈（Ti+T2+T3)/2+To+T4 時(shí)，St = 6;
[0063 ]⑦當(dāng)（T1+T2+T3) /2+Tq+T4 彡 t〈（ T1+T2) /2+TQ+T4+T3 時(shí)，St = 7;
[0064] ⑧當(dāng)（Ti+T2)/2+Tq+T4+T3 彡 t〈Ti/2+To+T4+T3+T2 時(shí)，St = 8;
[0065] ⑨當(dāng) T1/2+TQ+T4+T3+T2 < t〈To+T4+T3+T2+Ti = Ts 時(shí)，St = 9;
[0066] 前述的控制方法，所述當(dāng)前所用電壓空間矢量U(s)3就是根據(jù)輸出電壓空間矢量區(qū) 間號(hào)Sv、輸入電流空間矢量區(qū)間號(hào)Si和空間矢量作用時(shí)間順序號(hào)S t，利用CPU控制器查三維 查詢電壓空間矢量選擇表(表2)得到的電壓空間矢量；
[0067]所述電壓空間矢量對(duì)應(yīng)的地址信號(hào)U(s)2就是根據(jù)當(dāng)前所用電壓空間矢量U(s)3查電 壓空間矢量對(duì)應(yīng)地址信號(hào)表(表1)得到的信號(hào)。
[0068] 前述的控制方法，所述PWM1~PWM6信號(hào)就是由CPU控制器根據(jù)電壓空間矢量對(duì)應(yīng) 的地址信號(hào)U( s)2得到的輸出信號(hào)；
[0069] 所述2-4譯碼器輸出的開關(guān)器件驅(qū)動(dòng)信號(hào)就是由2-4譯碼器根據(jù)PWM1~PWM6信號(hào) 得到的間接驅(qū)動(dòng)信號(hào)；
[0070] 所述四步換流邏輯電路(CPLD)的輸出信號(hào)就是經(jīng)過四步換流邏輯電路(CPLD)換 流處理后的驅(qū)動(dòng)開關(guān)器件的直接驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
[0071] 本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有明顯的優(yōu)點(diǎn)和有益效果，借由上述技術(shù)方案，本 實(shí)用新型一種矩陣變換器空間矢量調(diào)制策略的控制系統(tǒng)可達(dá)到相當(dāng)?shù)募夹g(shù)進(jìn)步性及實(shí)用 性，并具有產(chǎn)業(yè)上的廣泛利用價(jià)值，其至少具有下列優(yōu)點(diǎn)：
[0072] (1)本實(shí)用新型根據(jù)輸出電壓空間矢量區(qū)間號(hào)Sv、輸入電流空間矢量區(qū)間號(hào)Si和空 間矢量作用時(shí)間順序號(hào)St利用三維電壓空間矢量表求出當(dāng)前所用電壓空間矢量，利用電壓 空間矢量對(duì)應(yīng)的地址信號(hào)，CPU控制器只需輸出6路控制信號(hào)，不涉及信號(hào)的同步問題，因而 簡化了控制電路，降低了系統(tǒng)控制難度；
[0073] (2)本實(shí)用新型通過CPU控制器輸出的6路控制信號(hào)利用三個(gè)2-4譯碼器產(chǎn)生開關(guān) 器件驅(qū)動(dòng)信號(hào)，減少了 CPLD的工作量，使得CPLD只專注于開關(guān)器件的四步換流，降低了 CPLD 軟件編程的難度，提高了 CPLD的工作效率，減少了系統(tǒng)的故障率，從而使系統(tǒng)的控制性能得 到提尚。
[0074] 綜上所述，本實(shí)用新型一種矩陣變換器空間矢量調(diào)制策略的控制系統(tǒng)在技術(shù)上有 顯著的進(jìn)步，并具有明顯的積極效果，誠為一新穎、進(jìn)步、實(shí)用的新設(shè)計(jì)。
[0075] 上述說明僅是本實(shí)用新型技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本實(shí)用新型的技 術(shù)手段，而可依照說明書的內(nèi)容予以實(shí)施，并且為了讓本實(shí)用新型的上述和其他目的、特征 和優(yōu)點(diǎn)能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實(shí)施例，并配合附圖，詳細(xì)說明如下。
【附圖說明】
[0076] 圖1.本實(shí)用新型的控制系統(tǒng)不意圖。
[0077]圖2.雙向功率開關(guān)圖（以SAa為例）。
[0078] 圖3.輸出電壓空間矢量區(qū)間劃分圖。
[0079] 圖4.輸入電流空間矢量區(qū)間劃分圖。
[0080] 圖5.九段式空間矢量調(diào)制模式空間矢量作用時(shí)間順序圖。
【具體實(shí)施方式】
[0081] 為更進(jìn)一步闡述本實(shí)用新型為達(dá)成預(yù)定發(fā)明目的所采取的技術(shù)手段及功效，以下 結(jié)合附圖及較佳實(shí)施例，對(duì)依據(jù)本實(shí)用新型提出的一種矩陣變換器空間矢量調(diào)制策略的控 制系統(tǒng)，其【具體實(shí)施方式】、結(jié)構(gòu)、特征及其功效，詳細(xì)說明如后。
[0082] 結(jié)合圖1所示，在硬件電路結(jié)構(gòu)上，本實(shí)用新型包括:矩陣變換器主電路、負(fù)載電流 方向信號(hào)檢測電路、輸入電壓信號(hào)檢測電路、CPU控制器、2-4譯碼器、四步換流邏輯電路；
[0083] 其中，所述輸出代表功率開關(guān)器件驅(qū)動(dòng)信號(hào)的四步換流邏輯電路的輸出端與矩陣 變換器主電路九個(gè)雙向功率開關(guān)的輸入控制端連接;輸出代表負(fù)載電流方向信號(hào)的負(fù)載電 流方向信號(hào)檢測電路的輸出端與四步換流邏輯電路的電流輸入端連接；
[0084] 輸出代表輸入電壓信號(hào)的輸入電壓信號(hào)檢測電路的輸出端與CPU控制器的電壓輸 入端連接;輸出代表電壓空間矢量地址信號(hào)的CPU控制器的輸出端與2-4譯碼器的地址輸入 端連接;輸出代表九個(gè)雙向功率開關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的2-4譯碼器的輸出端與四步換流邏輯電路 的控制輸入端連接。
[0085] 對(duì)以上六個(gè)部分的具體說明如下：
[0086] (1)矩陣變換器主電路
[0087]三相矩陣變換器主電路由九個(gè)雙向功率開關(guān)，按3X3開關(guān)矩陣形式構(gòu)成，每一個(gè) 開關(guān)都是雙向功率開關(guān)，并由兩個(gè)反向串聯(lián)的半導(dǎo)體開關(guān)構(gòu)成，一般選用具有一個(gè)反并聯(lián) 二極管的絕緣柵極雙極晶體管（IGBT)作為此半導(dǎo)體開關(guān)，兩個(gè)反向串聯(lián)的半導(dǎo)體開關(guān)可采 用"共發(fā)射極"或者"共集電極"的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
[0088] (2)負(fù)載電流方向信號(hào)檢測電路
[0089] 負(fù)載電流方向信號(hào)檢測電路的主要目的是為實(shí)現(xiàn)開關(guān)器件四步換流提供負(fù)載電 流的方向。負(fù)載電流方向信號(hào)檢測電路由電流傳感器構(gòu)成；電流傳感器可采用現(xiàn)有的各種 電流傳感器，最好用霍爾型電流傳感器，利用霍爾型電流傳感器可以把電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電 壓信號(hào)。
[0090] (3)輸入電壓信號(hào)檢測電路
[0091] 輸入電壓信號(hào)檢測電路的主要目的是為求出電壓調(diào)制度m、輸入電流空間矢量所 在的區(qū)間31、輸入電流空間矢量所在區(qū)間的相對(duì)位置角θ',提供三相輸入電壓的同步信號(hào)， 輸入電壓信號(hào)檢測電路由同步變壓器構(gòu)成。
[0092] (4)CPU 控制器
[0093] CPU控制器是控制電路的核心，主要完成輸出電壓空間矢量區(qū)間號(hào)Sv、輸入電流空 間矢量區(qū)間號(hào)Si和空間矢量作用時(shí)間順序號(hào)St的計(jì)算、查三維查詢電壓空間矢量選擇表(表 2)得到當(dāng)前所用電壓空間矢量、查輸出電壓空間矢量對(duì)應(yīng)地址信號(hào)表(表1)得到送入三個(gè) 2-4譯碼器的地址信號(hào);CPU控制器一般有DSP控制芯片或者單片機(jī)構(gòu)成。
[0094] (5) 2-4 譯碼器
[0095] 2-4譯碼器的作用就是把從CPU控制器得到的地址信號(hào)轉(zhuǎn)換成開關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)信 號(hào)并送入四步換流邏輯電路實(shí)現(xiàn)開關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)控制；2-4譯碼器采用M74HC139/74HC139 芯片。
[0096] (6)四步換流邏輯電路
[0097] 四步換流邏輯電路的目的主要是根據(jù)負(fù)載電流方向信號(hào)檢測電路得到的負(fù)載電 流方向信號(hào)實(shí)現(xiàn)開關(guān)器件準(zhǔn)確、安全的換流;四步換流邏輯電路采用CPLD實(shí)現(xiàn)。
[0098] 本實(shí)用新型的表1和表2分別如下所示：
[0099] 表1.輸出電壓空間矢量對(duì)應(yīng)地址信號(hào)表
[0102] 表2.三維查詢電壓空間矢量選擇表

[0105]本實(shí)用新型的控制方法是這樣實(shí)現(xiàn)的：根據(jù)輸出電壓空間矢量區(qū)間號(hào)Sv、輸入電 流空間矢量區(qū)間號(hào)&和空間矢量作用時(shí)間順序號(hào)St，利用CPU控制器查三維查詢電壓空間矢 量選擇表(表2)得到當(dāng)前所用電壓空間矢量，再利用電壓空間矢量對(duì)應(yīng)的地址信號(hào)送入三 個(gè)2-4譯碼器產(chǎn)生開關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，通過四步換流邏輯電路(CPLD)驅(qū)動(dòng)矩陣變換器的 九個(gè)開關(guān)器件，實(shí)現(xiàn)對(duì)矩陣變換器的控制。
[0106] 具體步驟如下：
[0107] 第一步：根據(jù)期望輸出電壓幅值和頻率求出輸出電壓空間矢量，
間矢量，
.利用輸入電壓信號(hào)檢測電路得到的三相輸入相電壓求出輸入電壓空 ，.
[0108]第二步：利用輸出電壓空間矢量的幅值U。和輸入電壓空間矢量的幅值Ui計(jì)算出矩 陣變換器的電壓調(diào)制度m，計(jì)算公式如下：
[0109] 第三步：利用輸出電壓空間矢量R β7 θ°_的相位Θ。計(jì)算出輸出電壓空間矢量所在的 區(qū)間Sv，并求出輸出電壓空間矢量所在區(qū)間的相對(duì)位置角Θ。'，計(jì)算公式如下：
[0110] (1)當(dāng) 0〈θ。彡 JT/3 時(shí)，Sv=l，0o，=0o;
[0111] ⑵當(dāng) 3?/3〈θ。彡 2jt/3時(shí)，Sv = 2，θ。，= θ0-??/3;
[0112] (3)當(dāng) 2π/3〈θ。彡 jt時(shí)，Sv = 3，θ。' = θ0-2π/3;
[0113] ⑷當(dāng) π〈θ。彡 4π/3時(shí)，Sv = 4，0cl，=0o-ji;
[0114] (5)當(dāng) 4π/3〈θ。彡 5π/3時(shí)，Sv = 5，θ。' = θ0-4π/3;
[0115] (6)當(dāng) 5π/3〈θ。彡 2π 時(shí)，Sv = 6,9o'=0o-5jt/3。
[0116] 第四步:為提高矩陣式變換器的功率因數(shù)，設(shè)定輸入電壓空間矢量〃；與 輸入電流空間矢量| 的相位差坍，利用輸入電壓空間矢量岣=1/^1的相位 貧+仍.=0計(jì)算出輸入電流空間矢量所在的區(qū)間51，并求出輸入電流空間矢量所在區(qū)間的相 對(duì)位置角θ'i，計(jì)算公式如下：
[0117] ⑴當(dāng)-ji/6〈0i 彡 jt/6 時(shí)，3土 = 1，0\ = 01;
[0118] ⑵當(dāng)Ji/6〈9i彡jt/2時(shí)，Si = 2，θ' i = 0^/3;
[0119] ⑶當(dāng) π/2〈θ? 彡 5jt/6 時(shí)，3土 = 3,9\ = 0廣211/3;
[0120] ⑷當(dāng) = =
[0121] (5)當(dāng)7V6〈9i彡9jt/6時(shí)，Si = 5，θ' i = 0廣牡/3;
[0122] (6)當(dāng)9V6〈9i彡 1 1jt/6時(shí)，Si = 6，θ' i = 0i-5Ji/3。
[0123] 第五步:根據(jù)電壓調(diào)制度m、輸出電壓空間矢量所在區(qū)間的相對(duì)位置角V。和輸入 電流空間矢量所在區(qū)間的相對(duì)位置角θ'i計(jì)算出電壓空間矢量的作用時(shí)間：
[0124] Tam=m · sin(60。-θ〇'）· sin(60。-θ' i)
[0125] Tan=m · sin(60。-θ。') · sinQ7 i
[0126] Tftn=m · sinQ〇' · sin(60。-θ'i)
[0127] Τβη=πι · sinBo' · sinB7 i
[0128] T〇 = Ts_Tam_Tan-Tftn_I^n〇
[0129] 第六步:按照九段對(duì)稱式電壓空間矢量調(diào)制模式，九段對(duì)稱式空間矢量調(diào)制模式 空間矢量作用時(shí)間順序圖如圖5,根據(jù)五個(gè)開關(guān)狀態(tài)的調(diào)制順序計(jì)算出電壓空間矢量作用 的時(shí)間順序號(hào)St。
[0130] ⑴如果 Sv+Si 為奇數(shù)，則= = = = =
[0131] ⑵如果Sv+Si為偶數(shù)，則Ti = Tan，T2 = Tam，T3 = Tfin，T4 = Tfk，T5 = T〇 ;
[0132] 因此：
[0133] ①當(dāng) 0 彡 tCTi/2 時(shí)，St=l;
[0134] ②當(dāng) Ti/2 彡{〈（Ti+T〗）/^時(shí)，St = 2;
[0135] ③當(dāng)（Ti+T〗）/^ 彡 UO'i+h+Ts)/^ 時(shí)，St = 3;
[0136] ④當(dāng)（T1+T2+T3) /2 彡 t〈（ T1+T2+T3+T4) /2 時(shí)，St = 4;
[0137] ⑤當(dāng)（Τι+Τ2+Τ3+Τ4)/2 彡 t〈（Ti+T2+T3+T4)/2+To 時(shí)，St = 5;
[0138] ⑥當(dāng)（Ti+T2+T3+T4)/2+Tq彡 t〈（Ti+T2+T3)/2+To+T4 時(shí)，St = 6;
[0139 ]⑦當(dāng)（T1+T2+T3) /2+Tq+T4 彡 t〈（ T1+T2) /2+TQ+T4+T3 時(shí)，St = 7;
[0140] ⑧當(dāng)（Ti+T2)/2+TQ+T4+T3<t〈Ti/2+TQ+T4+T3+T2 時(shí)，St = 8;
[0141] ⑨當(dāng) T1/2+TQ+T4+T3+T2 彡 t〈To+T4+T3+T2+Ti = Ts 時(shí)，St = 9;
[0142 ]第七步:根據(jù)輸出電壓空間矢量區(qū)間號(hào)Sv、輸入電流空間矢量區(qū)間號(hào)Si和空間矢量 作用時(shí)間順序號(hào)st，利用CPU控制器查三維查詢電壓空間矢量選擇表(表2)得到當(dāng)前所用電 壓空間矢量U( s)3，并利用輸出電壓空間矢量對(duì)應(yīng)地址信號(hào)表(表1 )求出電壓空間矢量對(duì)應(yīng) 的地址信號(hào)U(s)2。
[0143] 第八步:把電壓空間矢量對(duì)應(yīng)的地址信號(hào)U(s)2通過CPU控制器P麗1~P麗6輸出口 送入三個(gè)2-4譯碼器產(chǎn)生開關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
[0144] 第九步:三個(gè)2-4譯碼器產(chǎn)生的開關(guān)器件驅(qū)動(dòng)信號(hào)通過四步換流邏輯電路(CPLD) 驅(qū)動(dòng)矩陣變換器的九個(gè)開關(guān)器件，實(shí)現(xiàn)對(duì)矩陣變換器的控制。
[0145] 以上所述，僅是本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本實(shí)用新型作任何形式上 的限制，雖然本實(shí)用新型已以較佳實(shí)施例揭露如上，然而并非用以限定本實(shí)用新型，任何熟 悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案范圍內(nèi)，當(dāng)可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi) 容作出些許更動(dòng)或修飾為等同變化的等效實(shí)施例，但凡是未脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案的內(nèi) 容，依據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍 屬于本實(shí)用新型技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種矩陣變換器空間矢量調(diào)制策略的控制系統(tǒng)，其特征在于其包括:矩陣變換器主 電路、負(fù)載電流方向信號(hào)檢測電路、輸入電壓信號(hào)檢測電路、CPU控制器、2-4譯碼器、四步換 流邏輯電路； 其中，所述輸出代表功率開關(guān)器件驅(qū)動(dòng)信號(hào)的四步換流邏輯電路的輸出端與矩陣變換 器主電路九個(gè)雙向功率開關(guān)的輸入控制端連接;輸出代表負(fù)載電流方向信號(hào)的負(fù)載電流方 向信號(hào)檢測電路的輸出端與四步換流邏輯電路的電流輸入端連接； 輸出代表輸入電壓信號(hào)的輸入電壓信號(hào)檢測電路的輸出端與CPU控制器的電壓輸入端 連接;輸出代表電壓空間矢量地址信號(hào)的CHJ控制器的輸出端與2-4譯碼器的地址輸入端連 接;輸出代表九個(gè)雙向功率開關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的2-4譯碼器的輸出端與四步換流邏輯電路的控 制輸入端連接。2. 如權(quán)利要求1所述的一種矩陣變換器空間矢量調(diào)制策略的控制系統(tǒng)，其特征在于所 述CPU控制器是利用輸出電壓空間矢量區(qū)間號(hào)S v、輸入電流空間矢量區(qū)間號(hào)&和空間矢量作 用時(shí)間順序號(hào)St得到送入2-4譯碼器的地址信號(hào)的一種控制器。3. 如權(quán)利要求1所述的一種矩陣變換器空間矢量調(diào)制策略的控制系統(tǒng)，其特征在于所 述2-4譯碼器是把從CPU控制器輸出的地址信號(hào)換成開關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)信號(hào)并送入四步換流 邏輯電路的一種轉(zhuǎn)換器。4. 如權(quán)利要求1所述的一種矩陣變換器空間矢量調(diào)制策略的控制系統(tǒng)，其特征在于所 述四步換流邏輯電路是根據(jù)負(fù)載電流方向信號(hào)檢測電路得到的負(fù)載電流方向信號(hào)實(shí)現(xiàn)開 關(guān)器件準(zhǔn)確、安全換流的一種電路。5. 如權(quán)利要求1所述的一種矩陣變換器空間矢量調(diào)制策略的控制系統(tǒng)，其特征在于負(fù) 載電流方向信號(hào)檢測電路由電流傳感器構(gòu)成，所述電流傳感器選用霍爾型電流傳感器。
【文檔編號(hào)】H02M5/293GK205647271SQ201620380583
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年4月29日
【發(fā)明人】姬宣德, 段曉明
【申請(qǐng)人】洛陽理工學(xué)院