一種用于三相高頻鏈矩陣式逆變器的SPWM方法

模態(tài)1[t0～t1] t0時(shí)刻起，前級(jí)逆變器進(jìn)入死區(qū)狀態(tài)，后級(jí)矩陣變換器處于正組逆變的“111”狀態(tài)，負(fù)載電流由正組逆變器上管構(gòu)成續(xù)流回路。變壓器電感中儲(chǔ)存的能量回饋給輸入側(cè)直流電源。
模態(tài)2[t1～t2] t1時(shí)刻起，前級(jí)逆變保持死區(qū)狀態(tài)不變，后級(jí)矩陣變換器正組逆變電路由“111”狀態(tài)切換為“110”狀態(tài)，相應(yīng)開(kāi)關(guān)ZVS動(dòng)作。前級(jí)電路的能量回饋結(jié)束后，負(fù)載能量通過(guò)變壓器次級(jí)續(xù)流，次級(jí)處于勵(lì)磁狀態(tài)。
模態(tài)3[t2～t3] t2時(shí)刻，前級(jí)逆變電路ZCS開(kāi)通，后級(jí)矩陣開(kāi)關(guān)狀態(tài)保持不變，HFLMI由前級(jí)經(jīng)過(guò)高頻變壓器向后級(jí)傳遞能量。該時(shí)間段電路處于正常的功率傳輸狀態(tài)，初級(jí)及次級(jí)電流分別呈線性增長(zhǎng)。
模態(tài)4[t3～t4] t3時(shí)刻，后級(jí)的正組逆變器由“110”狀態(tài)切換到“100”狀態(tài)，而前級(jí)開(kāi)關(guān)V1，V4工作狀態(tài)保持不變，HFLMI繼續(xù)工作在正常的功率傳遞狀態(tài)。
模態(tài)5[t4～t5] t4時(shí)刻，變壓器前級(jí)保持模態(tài)4的開(kāi)關(guān)狀態(tài)不變，后級(jí)開(kāi)關(guān)矩陣正組逆變器由“100”狀態(tài)切換為“000”狀態(tài)，三相負(fù)載通過(guò)正組逆變器的下橋臂續(xù)流。若不計(jì)變壓器漏感及線路分布參數(shù)，次級(jí)電流將突變?yōu)榱悖蠹?jí)負(fù)載電壓被“000”工作狀態(tài)箝位，此時(shí)前級(jí)電路的正常觸發(fā)與導(dǎo)通使變壓器初級(jí)處于正常勵(lì)磁階段。
模態(tài)6[t5～t6] t5時(shí)刻，前級(jí)逆變進(jìn)入死區(qū)階段，后級(jí)由正組逆變器的“000”狀態(tài)切換為負(fù)組逆變器的“111”狀態(tài)運(yùn)行，變壓器次級(jí)電流仍保持為零，初級(jí)電流則趨于減小，從而感生出下正上負(fù)的電勢(shì)，這樣，三相負(fù)載能量經(jīng)由負(fù)組電路的上橋臂續(xù)流的同時(shí)，變壓器勵(lì)磁電感中的儲(chǔ)能經(jīng)由變壓器前級(jí)電路回饋給輸入側(cè)直流電源。
模態(tài)7[t6～t7] t6時(shí)刻，前級(jí)逆變器開(kāi)關(guān)保持自模態(tài)6的死區(qū)工作狀態(tài)不變，后級(jí)開(kāi)關(guān)矩陣進(jìn)入負(fù)組逆變器的“110”工作狀態(tài)，三相負(fù)載能量可通過(guò)變壓器次級(jí)續(xù)流，次級(jí)由此處于勵(lì)磁狀態(tài)，初次級(jí)電壓則被箝位為零，初級(jí)能量回饋狀態(tài)結(jié)束。
模態(tài)8[t7～t8] t7時(shí)刻，前級(jí)逆變器V2，V3導(dǎo)通，后級(jí)負(fù)組逆變器開(kāi)關(guān)維持“110”狀態(tài)，系統(tǒng)由直流電源向交流負(fù)載傳遞能量，變壓器初次級(jí)電流線性增長(zhǎng)。
模態(tài)9[t8～t9] t8時(shí)刻，前級(jí)逆變器開(kāi)關(guān)狀態(tài)不變，后級(jí)負(fù)組逆變器由“110”變?yōu)?ldquo;100”，系統(tǒng)向負(fù)載傳遞能量，變壓器初次級(jí)電流繼續(xù)線性增長(zhǎng)。
模態(tài)10[t9～t10] t9時(shí)刻，前級(jí)逆變器狀態(tài)不變，后級(jí)負(fù)組逆變器由“100”切換為“000”狀態(tài)工作，變壓器次級(jí)電流值為零，初級(jí)為正常勵(lì)磁階段。
可知解結(jié)耦SPWM策略可有效解決HFLMI阻感性負(fù)載時(shí)的負(fù)載能量流通及負(fù)載換流問(wèn)題。

4 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
實(shí)驗(yàn)參數(shù)為：輸入電壓直流30 V，變壓器變比1：10，前級(jí)高頻逆變開(kāi)關(guān)頻率為12 kHz，后級(jí)解結(jié)耦SPWM載波頻率為24 kHz，采用三相星形負(fù)載，其中每相L=10 mH，R=30 Ω。所得實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

圖4a為解結(jié)耦SPWM時(shí)矩陣逆變器a相橋臂四開(kāi)關(guān)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)波形，其特點(diǎn)為每一時(shí)刻只有一個(gè)功率開(kāi)關(guān)管處于關(guān)斷狀態(tài)。圖4b為阻感性負(fù)載時(shí)三相相電流波形，可見(jiàn)解結(jié)耦SPWM能實(shí)現(xiàn)HFLMI正弦輸出功能，且阻感性負(fù)載時(shí)電流正弦度較好，THD值較低。

5 結(jié)論
三相高頻鏈矩陣式逆變器無(wú)中間直流儲(chǔ)能環(huán)節(jié)，具有高頻電氣隔離，可升降壓，雙向功率傳輸和功率密度高的特點(diǎn)。此處研究了一種新型解結(jié)耦正弦脈寬調(diào)制控制策略，設(shè)計(jì)了結(jié)耦邏輯，詳細(xì)分析了高頻鏈式逆變器帶阻感性負(fù)載時(shí)電路系統(tǒng)的工作模態(tài)。由阻感性負(fù)載情況下實(shí)驗(yàn)結(jié)果可見(jiàn)，所提解結(jié)耦正弦脈寬調(diào)制方案是可行有效的，能達(dá)到對(duì)逆變器正弦化輸出控制的預(yù)期。