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矩阵变换器输出电压谐波频谱分析

吴玲玲  
【摘要】:矩阵变换器作为一种“绿色”功率变换器,具有结构紧凑、功率密度大、能量双向流动、功率因数可控、与电网兼容性好等优点,因而在电机驱动、风力发电等领域受到重视。然而受调制方式、电力电子器件特性等因素的影响,矩阵变换器输出电压波形中含有谐波分量,带来电磁干扰、噪声等不利影响,因此,本文针对矩阵变换器的输出电压谐波进行研究,一方面完善矩阵变换器的谐波分析理论,另一方面希望为谐波的抑制提供参考。矩阵变换器的输出电压谐波与输入、输出频率以及载波频率都相关,而且这三个频率相互独立,常用的FFT或二重傅立叶级数均无法准确描述其谐波特性。针对这一问题,本文基于三重傅里叶级数提出一种谐波解析计算方法,将输入、输出频率以及载波频率都考虑在内,能获得准确的谐波频谱。本文首先详述傅里叶级数相关理论,然后结合矩阵变换器的直接传递函数调制方法,基于三重傅里叶级数,推导输出电压谐波计算公式,求得各次谐波的频率和幅值表达式。并由此得到不同频率下的输出电压频谱,对矩阵变换器在直接传递函数调制策略下输出电压谐波分布规律及主要谐波含量进行了分析和总结。目前,在矩阵变换器中应用较多的为空间矢量调制。因此,将以上谐波计算方法应用空间矢量调制中。首先介绍了矩阵变换器的空间矢量调制原理,在此基础上,推导了输出电压谐波的三重傅里叶系数的表达式,进而得到输出电压谐波频谱,确定了矩阵变换器输出电压中的各谐波分量的谐波频率和幅值。最后,根据输出电压频谱,对空间矢量调制策略下输出电压谐波分布规律及主要谐波分量进行了归纳和概括。本文将矩阵变换器在两种调制方法下的输出电压实验波形进行FFT分析,并将不同频率下的FFT分析结果与理论计算结果进行对比。结果表明,本文提出的谐波计算方法,无论输入、输出、以及载波频率为何值都能获得准确的谐波频谱。此外,本文提出的谐波计算方法对其他改进的空间矢量调制策略同样适用。


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