收稿日期 :2007 - 10 - 24
基金项目 :华东交大科研基金资助(01303086)
作者简介 :张大双(1980 - ) ,女 ,湖北随州人 ,在读硕士研究生 ,主要研究领域为电力电子与电力传动 .
文章编号 :1005 - 0523(2008)01 - 0073 - 04
基 于 MATLAB 的 矩 阵 变 换 器 空 间 矢 量 调 制 策 略 仿 真
张大双 ,高海生
(华东交通大学 电气与电子工程学院 ,江西 南昌 330013)
摘要 :首先简述了交 - 交矩阵变换器的工作原理及调制策略 ,然后分析了空间矢量调制策略的算法实现 ,着重讨论了矩阵变
换器的建模与仿真 .在此基础上建立了基于 MATLAB 的矩阵变换器仿真模型 ,并给出了仿真波形 .仿真结果验证了模型及控制
策略的正确性 .
关 键 词 :矩阵变换器 ;空间矢量调制 ;建模 ;仿真
中图分类号 :TM46 文献标识码 :A
矩阵变换器是一种新型“绿色” 交 - 交电力变
换装置 ,具有能量双向流动 ,输入电流与输出电压为
正弦 ,输入功率因数与输出电压幅值 、频率可调 ,无
需大容量储能元件 ,谐波污染小等优良特性 ,因此成
为近 20 年来 AC/AC 变换器研究的热点 .目前 ,各国
学者针对矩阵变换器的研究主要集中在双向开关器
件的实现 、控制策略的优化 、试验装置的开发及系统
集成等方面 ,各项研究使矩阵变换器的相关理论日
臻完善 .本文在概述矩阵变换器的工作原理及调制
策略的基础上 ,着重分析了空间矢量调制策略 ,并利
用 SIMULINK 的 PSB 工具箱对其进行了建模及仿真
研究 .
1 矩阵变换器工作原理
交 - 交矩阵变换器是一个单级变换器 ,由 m × n
个双向功率开关构成 ,能直接将 m 相电源与 n 相负
载连接起来 .三相/三相矩阵变换器的建模与仿真的
拓扑结构如图 1 所示 .它由连接在两个独立三相系
统之间的 9 个双向开关组成 ,通过一定的控制策略
来控制开关的通断从而实现电压幅值与频率的变
换 .假设三相输入相电压及输出线电压为
U
匙
i
=
U
a
U
b
U
c
= U
im
cos(
ω
i
t)
cos(
ω
i
t - 120
°
)
cos(
ω
i
t + 120
°
)
U
匙
o
=
U
AB
U
BC
U
CA
= 3 U
om
cos(
ω
o
t -
φ
o
+ 30
°
)
cos(
ω
o
t -
φ
o
+ 30
°
- 120
°
)
cos(
ω
o
t -
φ
o
+ 30
°
+ 120
°
)
U
im
、
ω
i
分别为输入电压幅值 、频率 ,U
om
、
ω
o
、
φ
o
分别为输出电压幅值 、频率 、相角 .
图 1 三相交 - 交矩阵变换器拓扑结构
则必存在变换矩阵 T ,使得
U
匙
o
= T· U
匙
i
此时变换矩阵的形式为
T = m
cos(
ω
o
t -
φ
o
+ 30
°
)
cos(
ω
o
t -
φ
o
+ 30
°
- 120
°
)
cos(
ω
o
t -
φ
o
+ 30
°
+ 120
°
)
cos(
ω
i
t -
φ
i
)
cos(
ω
i
t - 120
°
-
φ
i
)
cos(
ω
i
t + 120
°
-
φ
i
)
T
第 25 卷第 1 期
2008 年 2 月
华 东 交 通 大 学 学 报
Journal of East China Jiaotong University
Vol .25 No .1
Feb .,2008