電流滯環矩陣變頻器抑制共模電壓的控制策略

【摘要】 針對電流控制型矩陣變換器自身的特點，提出了一種抑制共模電壓控制策略。通過細分輸入6區間，合理選擇零矢量和適當調整開關順序，使電流控制型矩陣變換器共模電壓的峰值下降了33.3%，有效值降低了50%以上，高頻頻譜也得到了抑制。仿真和實驗結果證明了該控制方法的可行性和正確性。

【關鍵詞】 共模電壓 矩陣變頻器 電流滯環控制 空間矢量 調制策略

矩陣變頻器（Matrix Converter，MC）是一種強迫換流直接型交交（AC-AC）變頻器，它的優點如下：可以任意的改變輸出電壓的幅值和頻率，并且能提供正弦的電壓電流，可以實現能量的雙向流動，同時可以改變輸入電流的相位角，調節電網端的功率因數，相對于雙向PWM裝置沒有了直流環節，減小了體積，重量減輕等等[1-3]。3行3列 矩陣變頻器是一種由九個雙向可控開關組成的矩陣列，由于要受到控制策略和開關器件的性能的影響，共模電壓是不可避免的出現在輸出電壓中。一般來說，輸出的共模電壓是高頻分量，高頻的共模電壓與大地之間產生漏電流同時也會產生高頻電磁干擾（EMI），會對周圍的電器設備產生不良的影響，漏電流也會對自身設備造成毀壞。因此要抑制共模電壓。本文對矩陣變頻器抑制共模電壓的策略進行詳細闡述，同時控制輸出電流，采取輸出電流滯環控制，理論上將矩陣變頻器等效成虛擬整流和虛擬逆變兩個環節串聯，用雙空間矢量的調制策略同時合理的運用零矢量和合理安排開關順序來抑制共模電壓，這種控制策略可以有效的降低共模電壓并且具有電流可控制的特點[4-5]。

一、共模電壓的產生機理

共模電壓是在電機與逆變器之間的回路形成的電壓。ZL機中性點與大地之間的電阻，UA、UB和UC是變頻器輸出電壓，r和L分別是電機的等效電阻和電感，其中輸入是三相對稱電路。

由于矩陣變頻的開關組合多種多樣，不同的組合對應著輸入與輸出之間的關系，所以輸入與輸出的連接關系直接影響著共模電壓的幅值。MC具有27種開關狀態，這些開關狀態一共可以分為三大類。若每一個輸入對應著不同的輸出，這類開關產生的電壓矢量叫做旋轉矢量。若有兩個輸出端同時接到同一個輸入端，該類開關產生的電壓矢量為固定矢量。如三個輸出端接到同一個輸入端，該類開關產生的電壓矢量為零矢量。每一類開關矢量產生的共模電壓的幅值是不同的?？梢约僭O輸入電壓的幅值為Uin則產生零矢量的共2.1輸出電流控制策略。

運用電流滯環比較控制策略動態跟蹤輸出電流，并且不斷的用實際輸出電流與理想輸出電流進行比較得出誤差，并且對誤差進行控制。由于本文將MC等效成虛擬的整流環節和逆變環節串聯，所以不存在旋轉矢量開關狀態。而滯環電流控制指的就是控制虛擬逆變器的輸出電流。

二、零矢量補償控制

當MC產生零矢量時，虛擬直流環節的電流為零從而導致輸入端的電流也為零，同時根據矩陣變換器的工作原理可知輸出電流逐步減小，因此共模電壓也相應的降低。可以用零矢量來補償滯環電流控制，當輸出電流高于給定電流上界時，可以用零矢量降低電流的絕對值，前面分析可知，用相控整流時不可避免的出現輸入電流在控制周期中有兩段為零，采用虛擬電流空間矢量控制時就不會出現上述情況。

電流滯環控制加上零矢量的合理選擇，可以改善輸入電流的波形提高網側的功率因數，同時還可以降低高頻分量。

三、結論

用雙空間矢量的調制策略同時合理的運用零矢量和合理安排開關順序來抑制共模電壓，這種控制策略可以有效的降低共模電壓并且具有電流可控制的特點，可以實現能量的雙向流動，同時可以改變輸入電流的相位角，調節電網端的功率因數，相對于雙向PWM裝置沒有了直流環節，減小了體積，重量減輕等等。

參 考 文 獻

[1] 何必，林樺. 電流控制型矩陣變換器抑制共模電壓控制策略[J]. 中國電機工程學報. 2007（25）

[2] 陳希有，叢樹久，陳學允. 雙電壓合成矩陣變換器特性與電壓扇 區的關系分析[J]. 中國電機工程學報

[3] 張超，于巖. SVPWM 逆變器輸出電壓諧波分析. 煤礦機械. 第32 卷第06 期