一種提高矩陣變換器四步換流穩(wěn)健運(yùn)行可靠性的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種提高矩陣變換器四步換流穩(wěn)健運(yùn)行可靠性的方法，包括：過流電壓上下限設(shè)置時，通過一個跟隨器進(jìn)行輸出，在輸出端，連接數(shù)字電路邏輯門電路；三相電流方向檢測電路在反相器電路的輸出端連接兩個反并聯(lián)的二極管，當(dāng)電流由正過零時，第一個二極管導(dǎo)通，將零點(diǎn)電位箝位在導(dǎo)通壓降上；當(dāng)電流由負(fù)過零時，第二個二極管導(dǎo)通，也將零點(diǎn)箝位在導(dǎo)通壓降上；矩陣變換器四步換流的電路包括：三相輸入電流的過流檢測電路和三相電流方向檢測電路。本發(fā)明避免了零點(diǎn)附近電壓過低造成的電流方向判斷失誤和實(shí)際電流值接近參考時由于參考電壓波動而造成判斷失誤；過流檢測輸出端連接數(shù)字電路邏輯門電路，提高了電路的抗干擾能力。
【專利說明】一種提高矩陣變換器四步換流穩(wěn)健運(yùn)行可靠性的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于矩陣變換器【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種提高矩陣變換器四步換流穩(wěn)健運(yùn) 行可靠性的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 四步換流是矩陣變換器研究的一個關(guān)鍵技術(shù)，而電流方向的判斷是四步換流成敗 的一個關(guān)鍵因素，特別是電流過零點(diǎn)附近的正確判斷，多年來一直是一個熱點(diǎn)和難點(diǎn)問題。 國內(nèi)外學(xué)者對矩陣變換器的換流技術(shù)進(jìn)行了廣泛而深入的研究，先后提出了四步換流、兩 步換流、一步換流等，后兩者理論上是減少了換流時間，提高了電壓利用率，但對電流方向 的檢測提出了更高的要求，大量研究表明其可靠性比四步換流明顯低，因此，四步換流至今 仍有研究價值。各國學(xué)者也對四步換流進(jìn)行了大量研究，并且已經(jīng)應(yīng)用到別的變換器研究 上。盡管他們對四步換流提出了許多改進(jìn)措施，但仍然存在一些不足之處，如有的控制算法 非常復(fù)雜，有的控制電路繁瑣，等等，而可靠仍然比較低，尤其在電流過零點(diǎn)附近容易出錯。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明實(shí)施例的目的在于提供一種提高矩陣變換器四步換流穩(wěn)健運(yùn)行可靠性的 方法，旨在解決現(xiàn)有矩陣變換器四步換流方法存在的可靠性低，電流過零點(diǎn)附近容易出錯 的問題。
[0004] 本發(fā)明實(shí)施例是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種提高矩陣變換器四步換流穩(wěn)健運(yùn)行可靠性的方 法，該方法包括：三相輸出電流的過流檢測電路：當(dāng)任意一相或兩相或三相過流時，在輸出 端輸出低電平，同時發(fā)光二極管發(fā)光報(bào)警，過流信號輸入四步換流模塊，封鎖全部驅(qū)動信號 輸出；過流電壓上下限設(shè)置時，通過一個跟隨器進(jìn)行輸出，在輸出端，連接數(shù)字電路邏輯門 電路；
[0005] 三相輸出電流方向檢測電路：在反相器電路的輸出端連接兩個反并聯(lián)的二極管， 當(dāng)電流由正過零時，第一二極管導(dǎo)通，將零點(diǎn)電位箝位在導(dǎo)通壓降上；當(dāng)電流由負(fù)過零時， 第二二極管導(dǎo)通，也將零點(diǎn)箝位在導(dǎo)通壓降上。
[0006] 進(jìn)一步，三相輸出電流的過流檢測電路的具體連接為：電路的輸入端1、3、4分別 連接地、_15V、+15V電源為運(yùn)算放大器供電；電路的輸入端1、4分別連接地、+15V電源為比 較器供電；電路的輸入端5連接+5V電源為與門電路和RS觸發(fā)器供電，同時為二極管提供 箝位電壓，作為比較器輸出的過壓保護(hù)，還連接到RS觸發(fā)器的置位端/S2,以屏蔽該置位功 能；電路的輸入端2連接電流傳感器輸出的三相交流電流；左邊取出的正負(fù)電流指令值分 別連接到比較器的7腳和4腳。整個電路的輸出信號即RS觸發(fā)器的輸出信號（過流檢測 信號）和地分別通過連接器連接到四步換流模塊的過流信號輸入端和地，作為重要的輸入 信號之一。
[0007] 進(jìn)一步，三相輸出電流方向檢測電路的具體連接為：電路的輸入端1、3、4分別連 接地、-15V、+15V電源為運(yùn)算放大器供電；電路的輸入端1、4分別連接地、+15V電源為比 較器供電；電路的輸入端5連接+5V電源為二極管提供箝位電壓，作為比較器輸出的過壓 保護(hù)；電路的輸入端2連接電流傳感器輸出的三相交流電流，作為運(yùn)算放大器的同相輸入 信號。整個電路的輸出信號即三個過零比較器的輸出信號（電流方向檢測信號）IU_D、IV_ D、IW_D分別連接三項(xiàng)輸出三個獨(dú)立的四步換流模塊，作為四步換流的負(fù)載電流方向輸入信 號。
[0008] 進(jìn)一步，矩陣變換器四步換流的電路將過流檢測信號和輸出電流方向檢測信號輸 入四步換流模塊，穩(wěn)定輸出正確的驅(qū)動信號；當(dāng)存在過流時，及時封鎖輸出驅(qū)動信號，使矩 陣變換器停止工作而受到保護(hù)；當(dāng)沒有過流時，四步換流模塊能正常換流，輸出正確的驅(qū)動 信號，正確驅(qū)動IGBT使矩陣變換器持續(xù)穩(wěn)定正常工作。
[0009] 本發(fā)明提供的提高矩陣變換器四步換流穩(wěn)健運(yùn)行可靠性的方法，在三相輸出電流 的過流檢測電路中，過流電壓上下限設(shè)置時，各通過一個跟隨器進(jìn)行輸出，這樣得到的過流 電壓上下限參考值，非常穩(wěn)定，可以避免實(shí)際電流值接近參考時由于參考電壓波動而造成 判斷失誤，從而避免矩陣變換器錯誤停機(jī)；在過流檢測輸出端，連接數(shù)字電路邏輯門電路， 不但簡化了輸出端，還提高了抗干擾能力，進(jìn)一步提高了電路工作的可靠性；在輸出三相電 流方向檢測電路利用了二極管的箝位功能，避免零點(diǎn)附近電壓過低造成的電流方向判斷失 誤，結(jié)構(gòu)簡單，軟硬件開銷很小。本發(fā)明將過流檢測信號和輸出電流方向檢測信號輸入四步 換流模塊，能穩(wěn)定輸出正確的驅(qū)動信號；當(dāng)存在過流時，能及時封鎖輸出驅(qū)動信號，使矩陣 變換器停止工作而受到保護(hù)；當(dāng)沒有過流時，四步換流模塊能正常換流，輸出正確的驅(qū)動信 號，正確驅(qū)動IGBT使矩陣變換器持續(xù)穩(wěn)定正常工作。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的矩陣變換器四步換流的三相輸出電流（A，B，C)的過流 檢測電路$意圖；
[0011] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的輸出三相電流方向檢測電路示意圖；
[0012] 圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的矩陣變換器四步換流實(shí)驗(yàn)波形示意圖；
[0013] 圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的矩陣變換器輸出線電壓波形示意圖；
[0014] 圖5是本發(fā)明實(shí)施例提供的矩陣變換器輸出相電壓波形示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0015] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對本發(fā)明 進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于 限定本發(fā)明。
[0016] 下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對本發(fā)明的應(yīng)用原理作進(jìn)一步描述。
[0017] 本發(fā)明實(shí)施例的提高矩陣變換器四步換流穩(wěn)健運(yùn)行可靠性的方法包括：三相輸出 電流的過流檢測電路，當(dāng)任意一相或兩相或三相過流時，在輸出端輸出低電平，同時發(fā)光二 極管發(fā)光報(bào)警，過流信號輸入四步換流模塊，封鎖全部驅(qū)動信號輸出；過流電壓上下限設(shè)置 時，通過一個跟隨器進(jìn)行輸出，在輸出端，連接數(shù)字電路邏輯門電路，具體的實(shí)現(xiàn)原理是：當(dāng) 三相輸出電流每相均未超過指令電流的上下限時，每相的與門輸出高電平，再通過三輸入 與門輸出高電平，該高電平作為基本RS觸發(fā)器的置位輸入，使其狀態(tài)保持不變；當(dāng)三相輸 出電流中有超過指令電流的上限或下限時，過流的那一相的與門輸出低電平，則三輸入與 門輸出低電平，該低電平作為基本RS觸發(fā)器的置位輸入，使其狀態(tài)置為高電平，發(fā)光二極 管發(fā)光報(bào)警，同時該高電平輸入四步換流模塊，封鎖開關(guān)驅(qū)動信號輸出，起到保護(hù)作用。
[0018] 三相輸出電流方向檢測電路在反相器電路的輸出端連接兩個反并聯(lián)的二極管：就 是將二極管D1的陰極和陽極分別與二極管D2的陽極和陰極連接起來，再接到運(yùn)算放大器 電路的輸出端和過零比較器的輸入端。當(dāng)電流由正過零時，第一個二極管導(dǎo)通，將零點(diǎn)電位 箝位在導(dǎo)通壓降上；當(dāng)電流由負(fù)過零時，第二個二極管導(dǎo)通，也將零點(diǎn)箝位在導(dǎo)通壓降上。
[0019] 如圖1所示，是三相輸出電流（A，B，C)的過流檢測電路，當(dāng)任意一相或兩相或三相 過流時，在輸出端（1〇。）輸出低電平，同時發(fā)光二極管發(fā)光報(bào)警，這時過流信號輸入四步換 流模塊，封鎖全部驅(qū)動信號輸出；過流檢測電路中（1)過流電壓上下限設(shè)置時，各通過一個 跟隨器進(jìn)行輸出，這樣得到的過流電壓上下限參考值，非常穩(wěn)定，可以避免實(shí)際電流值（已 轉(zhuǎn)化為電壓）接近參考時由于參考電壓波動而造成判斷失誤，從而避免矩陣變換器錯誤停 機(jī)，⑵在過流檢測輸出端，連接數(shù)字電路邏輯門電路，不但簡化了輸出端，還提高了抗干擾 能力，進(jìn)一步提1?電路工作的可罪性；
[0020] 如圖2所示，是輸出三相電流方向檢測電路，其功能是：當(dāng)圖1未檢測到過流信號 時，由圖2檢測輸出電流方向，然后將該電流方向輸入四步換流模塊，讓換流正常進(jìn)行，輸 出驅(qū)動信號，通過驅(qū)動電路驅(qū)動IGBT，使矩陣變換器正常工作；利用了二極管的箝位功能， 避免零點(diǎn)附近電壓過低造成的電流方向判斷失誤，結(jié)構(gòu)簡單，軟硬件開銷很?。?br> [0021] 本發(fā)明的輸出三相電流方向檢測電路的工作原理：三相輸入電流先通過放大電 路濾波，再通過比較器電路進(jìn)行電流方向判斷，但是在電流過零點(diǎn)時容易出錯，這是由于客 觀存在外界干擾或電網(wǎng)不穩(wěn)定或波動，在零點(diǎn)附近容易隨機(jī)出錯，這樣會造成四步換流失 敗，以A相輸出為例，為了解決這個難題，在反相器電路的輸出端連接兩個反并聯(lián)的二極 管，當(dāng)電流由正過零時，第一個二極管導(dǎo)通，將零點(diǎn)電位箝位在其導(dǎo)通壓降上；當(dāng)電流由負(fù) 過零時，第二個二極管導(dǎo)通，也將零點(diǎn)箝位在其導(dǎo)通壓降上，這樣可以巧妙地避免零點(diǎn)附近 電壓過低造成的電流方向判斷失誤。
[0022] 通過以下實(shí)驗(yàn)對本發(fā)明的使用效果做進(jìn)一步的說明：
[0023] 實(shí)踐證明：實(shí)際控制中，能起到令人意想不到的良好效果，將過流檢測信號和輸出 電流方向檢測信號輸入四步換流模塊，能穩(wěn)定輸出正確的驅(qū)動信號，當(dāng)存在過流時，能及時 封鎖輸出驅(qū)動信號，使矩陣變換器停止工作而受到保護(hù)；當(dāng)沒有過流時，四步換流模塊能正 常換流，輸出正確的驅(qū)動信號，正確驅(qū)動IGBT使矩陣變換器持續(xù)穩(wěn)定正常工作；如圖3是四 步換流模塊的實(shí)驗(yàn)波形，是在過流檢測電路未檢測到過流現(xiàn)象和輸出電路方向檢測電路檢 測到電路方向?yàn)檎龝r根據(jù)開關(guān)信號的輸入得到的波形，要求從a相切換到b相，換流模塊的 輸出顯示，先關(guān)a相的反向開關(guān)，再b相的正向開關(guān)，再關(guān)a向的正向開關(guān)，最后開b向的反 向開關(guān)，剛好是四步完成，可以正常工作；圖4和圖5是矩陣變換器輸出線電壓波形的示意 圖和矩陣變換器輸出相電壓波形的示意圖，這兩個波形是實(shí)際矩陣變換器雙向開關(guān)輸出的 PWM波形，波形標(biāo)準(zhǔn)、對稱，只有四步換流正常工作才能輸出這種波形，因此，進(jìn)一步說明了 四步換流模塊能夠正確應(yīng)用于矩陣變換器的實(shí)際操作。
[0024] 以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精 神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種提高矩陣變換器四步換流穩(wěn)健運(yùn)行可靠性的方法，其特征在于，該提高矩陣變 換器四步換流穩(wěn)健運(yùn)行可靠性的方法包括：三相輸出電流的過流檢測電路，當(dāng)任意一相或 兩相或三相過流時，在輸出端輸出低電平，同時發(fā)光二極管發(fā)光報(bào)警，過流信號輸入四步換 流模塊，封鎖全部驅(qū)動信號輸出；過流電壓上下限設(shè)置時，通過一個跟隨器進(jìn)行輸出，在輸 出端，連接數(shù)字電路邏輯門電路； 三相電流方向檢測電路在反相器電路的輸出端連接兩個反并聯(lián)的二極管，當(dāng)電流由正 過零時，第一二極管導(dǎo)通，將零點(diǎn)電位箝位在導(dǎo)通壓降上；當(dāng)電流由負(fù)過零時，第二二極管 導(dǎo)通，也將零點(diǎn)箝位在導(dǎo)通壓降上。
2. 如權(quán)利要求1所述的提高矩陣變換器四步換流穩(wěn)健運(yùn)行可靠性的方法，其特征在 于，矩陣變換器四步換流的電路包括：三相輸出電流的過流檢測電路和三相電流方向檢測 電路。
3. 如權(quán)利要求2所述的提高矩陣變換器四步換流穩(wěn)健運(yùn)行可靠性的方法，其特征在 于，三相輸出電流的過流檢測電路的具體連接為：電路的輸入端1、3、4分別連接地、-15V、 +15V電源為運(yùn)算放大器供電；電路的輸入端1、4分別連接地、+15V電源為比較器供電；電 路的輸入端5連接+5V電源為與門電路和RS觸發(fā)器供電，同時為二極管提供箝位電壓，作 為比較器輸出的過壓保護(hù)，還連接到RS觸發(fā)器的置位端/S2,以屏蔽該置位功能；電路的輸 入端2連接電流傳感器輸出的三相交流電流；左邊取出的正負(fù)電流指令值分別連接到比較 器的7腳和4腳；整個電路的輸出信號即RS觸發(fā)器的輸出信號（過流檢測信號）和地分別 通過連接器連接到四步換流模塊的過流信號輸入端和地，作為重要的輸入信號之一。
4. 如權(quán)利要求2所述的提高矩陣變換器四步換流穩(wěn)健運(yùn)行可靠性的方法，其特征在 于，三相輸出電流方向檢測電路的具體連接為：電路的輸入端1、3、4分別連接地、-15V、 +15V電源為運(yùn)算放大器供電；電路的輸入端1、4分別連接地、+15V電源為比較器供電；電 路的輸入端5連接+5V電源為二極管提供箝位電壓，作為比較器輸出的過壓保護(hù)；電路的輸 入端2連接電流傳感器輸出的三相交流電流，作為運(yùn)算放大器的同相輸入信號；整個電路 的輸出信號即三個過零比較器的輸出信號（電流方向檢測信號）幾_0、1￥_0、11_0分別連接 三項(xiàng)輸出三個獨(dú)立的四步換流模塊，作為四步換流的負(fù)載電流方向輸入信號。
5. 如權(quán)利要求2所述的提高矩陣變換器四步換流穩(wěn)健運(yùn)行可靠性的方法，其特征在 于，矩陣變換器四步換流的電路將過流檢測信號和輸出電流方向檢測信號輸入四步換流模 塊，穩(wěn)定輸出正確的驅(qū)動信號；當(dāng)存在過流時，及時封鎖輸出驅(qū)動信號，使矩陣變換器停止 工作而受到保護(hù)；當(dāng)沒有過流時，四步換流模塊能正常換流，輸出正確的驅(qū)動信號，正確驅(qū) 動IGBT使矩陣變換器持續(xù)穩(wěn)定正常工作。
【文檔編號】H02H7/12GK104158153SQ201410190183
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年5月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月7日
【發(fā)明者】郭有貴, 郭宇, 鄧文浪, 潘東卿, 劉中堅(jiān) 申請人:湘潭大學(xué)