矩阵式变换器设计中的干扰抑制技术

4    输入滤波器设计

4.1    开关频率谐波

    利用仿真和实验的方法可以得到三相输入电流的频谱，可以比较仿真和实验波形中开关频率及其谐波的峰值及其位置，并以此作为滤波器设计的依据。

    利用Matlab仿真的输出频率为30Hz的输入电流频谱如图3所示。图4是实际的开关频率为20kHz，功率为3.5kW的矩阵式变换器的未滤波的输入电流频谱。可见，在仿真和实验波形之间有很多相关性，它们在开关频率附近谐波成分很大。

图3    仿真得到的输入电流开关频率附近频谱

图4    实验得到的输入电流开关频率附近频谱

    在矩阵式变换器驱动感应电机的系统中，电机启动过程的电磁转矩波形如图5所示。由图5可知，感应电机启动时转矩最大，由此产生的干扰电压也最大。知道了干扰电压的频谱，可以开始设计满足要求的输入滤波器了。

图5    电机启动过程电磁转矩波形图

图6    矩阵式变换器输入滤波器等效电路图

4.2    设计方法

    可以采用多相LC滤波电路或带谐波选择的单相LC滤波器，但显然增加了系统的复杂性。本实验采用单相的LC滤波电路来满足设计要求。

    输入滤波器的设计必须满足截止频率低于开关频率，体积和重量应尽可能小，在滤波电感上的压降应尽可能小，功率因数应尽可能大。为了减少对电网的干扰，矩阵式变换器要尽可能保证接近1的功率因数，因此，矩阵式变换器必须尽可能补偿由引入输入滤波器的延迟，因为电容是造成延迟的主要因素，所以输入电流比输入电压有一个延迟角。为了确保空间矢量调制策略的正确执行，我们设定π/6为最大的可以接受的延迟角。

    输入滤波器设计根据图6所示，矩阵式变换器看成是一个电流源，为了得到功率因数为1，必须尽可能确保输入电流i_L和输入电压U_i同相。