矩阵变换器的AV算法与仿真分析.docx

          矩阵变换器的AV算法与仿真分析                    ■郭传勇 原明亭 丁军航/青岛大学自动化工程学院（山东 青岛·266071）摘要：本文从数学分析的角度阐述了矩阵变换器AV算法的基本原理，建立了基于AV算法的矩阵变换器仿真模型通过MATLAB软件，在理想的条件下，对该模型进行计算机仿真验证，并对仿真结果进行了分析，验证了该算法的正确性和有效性关键词：矩阵变换器，AV算法．MATLAB仿真TP242：A：1673-1131(2010)01-021-03一、引言目前，随着电力电子技术的迅速发展，矩阵变换器作为一种新型拓扑结构的环保型”绿色”变换器受到国内外学者的重视，已形成一个研究热点矩阵变换器是一种基于双向开关并采用脉宽调制得到期望输出电压的电力变换装置由于普通的三相一三相矩阵变压器自身结构的特点，它具有很多优于传统交流电力变换装置的特性：1)输入、输出电流波形均为正弦波：2)电能的直接双向流通，可以实现真正的四象限运行+3)对于任何负载的功率因数都是1；4)电路结构紧凑，体积小1980年M.Venturini和A．Alesina首次系统地给出了矩阵变换器低频特性的数学分析，并提出了一种矩阵变换器的调制算法，被称为Alesina-Venturini(AV)方法[1-2]。

本文在三相输入电压正弦且对称的条件下，从数学分析的角度对AV方法进行简单的原理描述和推导，并通过MATLAB仿真验证了算法的正确性二、矩阵变换器简介矩阵变换器被定义为一种含有mxn个双向开关的单级电力变换器，它可以将输入侧m相电压源直接连接至n相负载实用的三相一三相矩阵变换器包含9个双向开关S,j(i=A，B，C,j=a，6，c)，每个双向开关都具有双向导通和双向关断的能力，其拓扑结构如图l所示三、矩阵变换器的AV算法AV算法又称为“直接传递函数”方法，在这种方法中，将矩阵变换器视为一个3x3开关函数矩阵，变换器的输出电压由输入电压和开关函数矩阵相乘得到，输入电流由输出电流和开关函数矩阵的转置相乘而得到通过计算矩阵中每个元素Sij的开关状态时间mij（i=1，2，3；j=l，2，3）．实现对输出电压幅值，频率和输入电流的调制输出电压Un(t)与输入电压Ui（t）之间的传递函数可表示为输入电流li(t)与输出电流lo (t)之间的传递函数关系可表示为式中，上角标T表示转置：M(t)为矩阵变换器输入侧至输出侧变量的开关传递函数矩阵由于矩阵变换器在工作过程中必须遵循两个基本原则，故用开关函数表示为式中．l表示三维矢量：各双向开关的占空比满足0

不失一般性，给定初相为零的三相对称输入相电压方程以及产生的三相对称输出电流方程分别为：式中，Uim表示输入相电压的幅值：ωi为输入电压频率；Iom表示输出相电流的幅值ωn为输出电压频率：φo为输出电流相对输出电压的相位差希望得到的三相输出相电压和输入相电流为：式中．Uom和Iim分别表示输出相电压和输入相电流的幅值；φi为输入电流相对输入电压的相位差由此可以求解得到一组解，即低频的开关函数矩阵M(t)为四、仿真分析在MATLAB7.0中建立基于AV算法的矩阵变换器的仿真电路，如图2所示包括两部分：功率部分和控制部分功率部分选用标准三相正弦电压源，相电压有效值为220V在滤波电路中，为尽量减小谐波，L．C应取一个较大值，综合考虑电感取值为SmH，电容为luF为了达到快速仿真的目的，选用9个理想功率开关为双向开关控制部分复合器Muxl的输入为给定常数，其中phi为输入电流位移．q为电压增益，ωi为输入电压角频率．Stepl为阶跃信号，阶跃时刻为O.ls复合器Mux2的输入为开关函数计算，设置开关频率为8KHz控制算法采用Fcn模块来计算占空比，开关函数如式(9)所示仿真波形如图3、图4所示，输入相电压和相电流基本同相位，输出电压波形满足逆变效果，经负载后得到输出电流波形为正弦波，频率为20Hz，验证了本算法的正确性。

五、结束语矩阵变换器是交一交变频装置中一种新型的电变换器，既具有优良的控制性能和优良的电流输品质，又具有成本低、结构紧凑、运行可靠等优点．很有研究的必要本文以矩阵变换器为研究对象，详细阐述了AV算法的推导过程，并在此基础上进行了MATLAB仿真，验证了该算法的的正确性和有效性参考文献[1] M Venturini,A Alesina. The GeneralizedTransformer:A New Bidirectional Sinusoidal Wavef´ormFrequency Converter with Continuously Adjustable InputPower Factor[C]. Proc.J EEE PESC, 1980:242—252.[2] A Alesina,M Venturini.Solid-state powerconversion:A Fouricranalysis approch to generalizedtransformer synthesis [J].IEEE Trans.Circuits Syst., 1981CAS-28(4):319-330．[3]洪乃刚等编著，电力电f和电力拖动控制系统的MATLAB仿真[M]．北京：机械工业出版社，2006．[4]陈伯时，陆海慧．矩形式交—交变换器及其控制[J]．电力电子技术，1999 1：8～11．[5]孙凯，周大宁，悔杨，矩阵式变换器技术及其应用[M]．北京：机械工业出版社，2007．作者简介郭传勇，男，青岛大学自动化工程学院，硕士研究生；原明亭，男，肯岛人学ri动化工程学院，副教授，研究生导师。