香蕉视频在线观看www_亚洲精品成人av观看_九九九九九热_日韩精品一区二区三区中文无码_a视频在线免费观看_久久成人影院精品777_中文字幕7_乱人伦视频中文字幕_自拍偷拍国产视频_日本黄色录像_日韩高清网站_人人澡人人射

---大會組委會點評---
為了克服ac-dc-ac變頻器存在的含有大電容或大電感的直流儲能環(huán)節(jié)、輸入側(cè)功率因數(shù)較低等問題，進一步改善異步電機調(diào)速系統(tǒng)的運行性能，矩陣式變換器作為一種補充和替代技術(shù)，被推上了變頻調(diào)速發(fā)展的歷史舞臺。
和傳統(tǒng)的ac-dc-ac變換器相比，矩陣式變換器具有輸入功率因數(shù)可控、能量傳輸可逆、無需大容量直流儲能環(huán)節(jié)等優(yōu)點，因此得到了國內(nèi)外學者的關(guān)注。
但是，傳統(tǒng)矩陣式變換器存在換流過程復(fù)雜、保護困難等缺點。而雙級矩陣式變換器既具有無大電容或大電感的直流儲能環(huán)節(jié)，又具有類似雙pwm的優(yōu)點，成為有可能較早實現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用的電路拓撲。
雙級矩陣式變換器的輸入側(cè)功率最高可達到1，這是其突出的優(yōu)點。本文針對雙級矩陣式變換器輸入側(cè)的功率因數(shù)問題進行了深入的研究，分析了影響其輸入功率因數(shù)的各項因素，得出了其輸入功率因數(shù)角的可調(diào)節(jié)范圍，并通過仿真驗證了理論分析結(jié)果。研究結(jié)果為雙級矩陣式變換器在電網(wǎng)中的實際應(yīng)用提供了技術(shù)支持。

1 引言
隨著工業(yè)進步和電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，電力變換器在工業(yè)生產(chǎn)過程中的作用日益凸顯。矩陣式變換器具有較為新穎的拓撲形式，可以實現(xiàn)ac-ac電能形式的直接變換。和傳統(tǒng)的ac-dc-ac變換器相比，矩陣式變換器具有輸入功率因數(shù)可控、能量傳輸可逆、無需大容量直流儲能環(huán)節(jié)等優(yōu)點，因此得到了國內(nèi)外學者的關(guān)注^[1-3]。
本文以雙級矩陣式變換器為例，對其輸入側(cè)的功率因數(shù)進行了研究，得出了其輸入側(cè)功率因數(shù)的可調(diào)節(jié)范圍，并通過仿真驗證了理論分析結(jié)果。

2 雙級矩陣式變換器的調(diào)制原理
雙級矩陣式變換器在結(jié)構(gòu)上和ac-dc-ac變換器比較相似，它們的不同之處在于前者不存在直流環(huán)節(jié)的大容量母線電容，而只需要小容量電容和二極管的串聯(lián)結(jié)構(gòu)作為鉗位電路。雙級矩陣式變換器的結(jié)構(gòu)如圖1所示。從圖中可以看出，其包括兩個部分，分別為整流級和逆變級。其中，整流級采用雙向開關(guān)，而在保證中間直流環(huán)節(jié)電壓為正的情況下，逆變級只需要采用單向開關(guān)即可，開關(guān)數(shù)量得以減少。

圖1 雙級矩陣式變換器結(jié)構(gòu)

在控制策略方面，為了達到較高的電壓利用率，整流級采用兩段式的pwm控制策略，其基本原理類似于svpwm中的過調(diào)制策略。
設(shè)三相輸入電壓為
(1)
其中，um為輸入相電壓峰值，ωi為輸入電壓的角頻率。
為了獲得最大的電壓利用率，將電源周期分成6個區(qū)間，每個區(qū)間內(nèi)一相電壓絕對值最大，另外兩相電壓極性與它相反，如圖2所示。在每個pwm周期內(nèi)，中間直流環(huán)節(jié)平均電壓由兩個正向最大的線電壓合成。文獻[4]對整流級的上述控制策略進行了詳細的描述。

圖2 電源電壓周期的劃分區(qū)間

逆變級采用單向開關(guān)構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)和傳統(tǒng)的電壓型逆變器相同，控制策略采用傳統(tǒng)的電壓空間矢量調(diào)制方式（svpwm）^[4]。由于該控制策略較為傳統(tǒng)，此處不再具體展開描述。

3 輸入功率因數(shù)調(diào)節(jié)
根據(jù)上述調(diào)制策略，本文分析了雙級矩陣式變換器輸入功率因數(shù)角的調(diào)節(jié)范圍。
設(shè)輸入端a相電壓在t=0時刻的相位為0，每相的功率因數(shù)角為φ（φ∈(-π, π]，定義為電壓領(lǐng)先電流的角度），其輸入電壓和電流的表達式為，
(2)
(3)
由于雙級矩陣式變換器的逆變級屬于電壓型逆變器，因此，為了防止中間直流環(huán)節(jié)通過逆變級開關(guān)器件的反并聯(lián)二極管短路，需要保證中間直流環(huán)節(jié)電壓始終為正。這是對于輸入側(cè)功率因數(shù)調(diào)節(jié)的一個約束條件。中間直流環(huán)節(jié)電壓的極性需要在整流級的控制策略中得以保證。
對應(yīng)圖2，在一個輸入電壓周期內(nèi)，整流級6個區(qū)間的相位如表1所示。

表1 整流級6個電壓區(qū)間的對應(yīng)相位

調(diào)制原理部分中提到的雙級矩陣式變換器整流級控制策略其實可以看作電流svm控制策略的過調(diào)制情況。因此，可以在分析中引入電流空間矢量的概念，對應(yīng)的電流矢量及其所在扇區(qū)如表2和圖3所示。表2中s_x=1（x=a,b,c）表示x相和中間直流環(huán)節(jié)正端相連，s_x=-1表示x相和中間直流環(huán)節(jié)負端相連，s_x=0表示x相不和整流級的輸出正端或負端相連。

表2 整流級電流開關(guān)狀態(tài)

圖3 整流級電路電流空間矢量

下面，以區(qū)間1為例，對功率因數(shù)角的調(diào)節(jié)范圍進行分析。所選擇的功率因數(shù)角應(yīng)該保證電壓矢量在[-π/6, π/6]范圍內(nèi)移動的過程中，整流級的輸出電壓始終為正。
當φ∈[π/3, π]時，取ω_t=-π/6的情況。此時，三相電壓滿足u_a=u_c>u_b，而電流矢量落在第4或第5扇區(qū)，因此在矢量合成的過程中需要使用i4，即會出現(xiàn)輸入電源c相和直流環(huán)節(jié)正端相連，a相和直流環(huán)節(jié)負端相連的情況。此時中間直流環(huán)節(jié)電壓為負，不滿足要求。
當φ∈[π/6, π/3]時，設(shè)φ∈[π/6-δ, π/3]。其中，δ為一個充分小的正數(shù)。取ω_t∈(0, δ)的情況。此時，三相電壓滿足u_a>u_b>u_c，而電流矢量落在第6扇區(qū)，因此在矢量合成的過程中需要使用i5，即會出現(xiàn)輸入電源c相和直流環(huán)節(jié)正端相連，b相和直流環(huán)節(jié)負端相連的情況。此時中間直流環(huán)節(jié)電壓為負，不滿足要求。
當φ∈[0, π/6]時，若ω_t∈[-π/6, 0]，三相電壓滿足u_a>u_c>u_b，而電流矢量落在第1或第6扇區(qū)，矢量合成用到i₁、i₅、i₆。易得，三者均滿足中間直流環(huán)節(jié)電壓為正的要求。若ω_t∈(0, π/6]，三相電壓滿足u_a>u_b>u_c，而電流矢量落在第1扇區(qū)，矢量合成用到i₁、i₆。同樣易得，三者均滿足中間直流環(huán)節(jié)電壓為正的要求。
由于對稱性，在φ∈[-π,0]的范圍可以同理分析。綜上可得，功率因數(shù)角的調(diào)節(jié)范圍為[-π/6, π/6]。
上述分析結(jié)果是在不考慮輸入lc濾波器的前提下得出的，當考慮輸入濾波器的影響時，網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)的調(diào)節(jié)范圍會有所變化。變換器前端的lc濾波器如圖4所示，其中u_s即為電網(wǎng)側(cè)輸入電壓，i_s為電網(wǎng)側(cè)輸入電流，u_in和i_in為整流級輸入電壓和電流。

圖4 變換器輸入lc濾波器

設(shè)網(wǎng)側(cè)電壓相量，變換器側(cè)電流相量，網(wǎng)側(cè)電流相量。根據(jù)圖4可以得到
(4)
整理可得，
(5)
因此，
(6)
(7)
可見，網(wǎng)側(cè)（lc濾波器前端）實際功率因數(shù)角(α-β)與濾波器的電容值、網(wǎng)側(cè)電壓幅值、負載電流幅值、輸入電壓頻率以及輸入功率因數(shù)角設(shè)定值(φ)有關(guān)。

4 仿真分析
為了驗證雙級矩陣式變換器輸入功率因數(shù)的理論分析結(jié)果，我們可以利用matlab進行仿真。在仿真過程中，選擇異步電機作為負載，其電機參數(shù)為定子電感0.371h，定子電阻2.92ω，轉(zhuǎn)子電感0.371h，轉(zhuǎn)子電阻1.92ω，定轉(zhuǎn)子互感0.358h，轉(zhuǎn)動慣量0.02kgm²，極對數(shù)2，負載轉(zhuǎn)矩5nm。輸入電壓的幅值為140v，頻率為50hz，輸出電壓為120v，輸出頻率為25hz。
當變換器的輸入功率因數(shù)角設(shè)定值分別為-π/6和π/6時，得到的網(wǎng)側(cè)輸入電壓、電流波形，以及中間直流環(huán)節(jié)電壓波形分別如圖5、6所示。上述兩種情況，電網(wǎng)側(cè)的功率因數(shù)分別為0.605和0.985。

u_sa:20v/格
i_sa:1a/格

圖5 輸入功率因數(shù)角設(shè)定值為-π/6時網(wǎng)側(cè)輸入電壓、電流波形(上)及中間直流環(huán)節(jié)電壓波形(下)

u_sa:20v/格
i_sa:1a/格

圖6 輸入功率因數(shù)角設(shè)定值為π/6時網(wǎng)側(cè)輸入電壓、電流波形(上)及中間直流環(huán)節(jié)電壓波形(下)

由于在仿真的過程中考慮了輸入濾波器的影響，因此變換器輸入電壓和電流之間的相位關(guān)系和電網(wǎng)側(cè)電壓和電流的相位關(guān)系有所差別。這和前面的分析是一致的。
從仿真結(jié)果中同樣可以看出，當變換器的輸入電壓、電流相位差在[-π/6, π/6]范圍內(nèi)時，中間直流環(huán)節(jié)電壓始終為正，滿足功率因數(shù)調(diào)節(jié)的前提。

5 結(jié)束語
本文分析了其輸入側(cè)功率因數(shù)角的調(diào)整范圍。在保證中間直流電壓為正的前提下，推導(dǎo)出輸入功率因數(shù)角的調(diào)節(jié)范圍為[-π/6, π/6]。
在考慮輸入濾波器影響的情況下，功率因數(shù)角的調(diào)節(jié)范圍將發(fā)生改變。通過理論推導(dǎo)可以得出，網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)角和濾波器的電容值、網(wǎng)側(cè)電壓幅值、負載電流幅值、輸入電壓頻率以及輸入功率因數(shù)角設(shè)定值有關(guān)。
基于matlab的仿真結(jié)果證明，上述理論分析結(jié)果是正確的。

致謝
本文工作得到了國家自然科學基金(50607012)的資助，謹致謝忱。

作者簡介
陸曉楠(1985-) 男 博士研究生，主要研究方向為電力電子變流技術(shù)。
李 剛(1981-) 男 博士研究生，主要研究方向為電力電子變流技術(shù)。
孫 凱(1977-) 男 助理研究員/博士，研究方向為電力電子與電力傳動。
黃立培(1946-) 男 教授/博導(dǎo)/博士，研究方向為電力電子與電力傳動。

參考文獻
[1] nielsen p, blaabjerg f, pedersen j k. space vector modulated matrix converter with minimized number of switches and feed-forward compensation of bbbbb voltage unbalance [c]. proceeding of pedes,1996,2(1):833-839.
[2] kim s, sul s-k, lipo t a. ac/ac power conversion based on matrix converter topology with unidirectional switches [j]. ieee trans on industry applications,2000,36(1):139-145.
[3] matti jussila, heikki tuusa. comparison of simple control strategies of space-vector modulated indirect matrix converter under distorted supply voltage [j]. ieee trans on power electronics,2007,22(1):139-148.
[4] lixiang wei, chan ho, lipo ta. matrix converter topologies with reduced number of switches [c]. ieee annual power electronics specialists conference,2002,1:57-6.