1引言随着电力电子技术、微电子技术和计算机技术的高速发展,交-直-交变频器已广泛用于传动系统中,但其也存在一些固有的缺陷。近年来,矩阵变换器倍受重视,“”已成为电力变换器中的研究热点。矩阵变换器是一种绿色的直接变换型交-交电力变换装置,与传统的自然换流变频器相比,具有许多优点。但目前,矩阵变换器仍停留在理论研究和实验室样机阶段。主要原因是传统单级矩阵变换器也存在一些缺陷。双级矩阵变换器(Two-stageMatrixCon-verter,简称TMC的提出,在一定程度上解决了传统矩阵变换器所面临的问题。它不仅能实现传统矩阵变换器的所有功能,而且具有:①控制容易,电网侧的单桥可实现零电流开关,负载侧开关控制类似于传统的DC/AC逆变器;②箝位电路大大简化;③TMC的双级矩阵变换器拓扑电路结构简单,因而可降低系统的成本。在交流调速系统中,使用TMC驱动异步电机,既能实现较好的传动性能,又能满足日益严格的电网电能质量的要求。目前,国内对TMC的研究相对较少,已有的研究也基本上只停留在仿真研究阶段。为此,提出了一种基于12开关拓扑结构的TMC实现方法,开发了一套TMC装置。2TMC的拓扑结构及调制算法分析2.1TMC的拓扑结构图1示出TMC的一种拓扑结构[1]。基金项目:湖南省自然科学基金项目(05JJ30102,湖南省科技攻关计划项目(05GK3035定稿日期:2006-09-15作者简介:粟梅(1967-,女,湖南汉寿人,博士,教授。研究方向为电力电子及电力传动。基于DSP+CPLD的双级矩阵变换器设计与实现粟梅,余岳,覃恒思,桂卫华(中南大学,湖南长沙410083摘要:传统矩阵变换器的结构简单,功率密度较高,但其换流问题和复杂的PWM调制方法限制了它在工业领域中的应用。双级矩阵变换器(TMC在保持传统矩阵变换器所有优点的同时,可使PWM调制算法更加简单。整流端的开关实现了零电流换流,没有传统矩阵变换器中的换流问题。针对TMC的控制要求,提出了一种基于DSP+CPLD实现TMC的方法;开发了一套TMC装置。实验结果表明,该TMC具有优良的输入输出特性。关键词:变换器;矩阵;控制/数字信号处理器;复杂可编程逻辑器件中图分类号:TM46文献标识码:A文章编号:1000-100X(200706-0001-03DesignandRealizationofTwo-stageMatrixConverterbasedonDSP+CPLDSUMei,YUYue,QINHeng-si,GUIWei-hua(CentralSouthUniversity,Changsha410083,ChinaAbstract:ConventionalMatrixConverterisverysimpleinstructureandhaspowerfulcontrollability.However,commutationproblemandcomplicatedPWMmethodkeepitfrombeingutilizedinindustry.Two-stageMatrixConverterhasthesameperformanceasaconventionalmatrixconverter.ThePWMmethodutilizedinconventionalinvertercanbeused,whichcanlargelysimplifyitscontrolcomplexity.Alltheswitchesatlinesideturnonandturnoffatzerocurrent,theconverterdoesnothaveanycommutationproblemsasrequiredbytheconventionalmatrixconverter.BasedonDSPandCPLD,acontrolalgorithmisimplementedtomeetthecontrolrequirementsofTwo-stagematrixconverter.Anexperimentalprototypeisdevelopedtoverifytheproposedcontrolalgorithm.Experimentalresultsareprovidedtoverifyitshighperformancecharacteristic.Keywords:converter;matrix;control/digitalsignalprocessor;complexprogrammablelogicdeviceFoundationProject:SupportedbyNationalNaturalScienceFoundationofProvinceHuan(No.05JJ30102;SupportedbyTechnologyResearchFoundationofProvinceHuan(05GK3035图112开关TMC拓扑结构图1与传统单级矩阵变换器相比,TMC的开关器件数目减少了,整流级加逆变级一起总共只需要12只IGBT,并且还可根据不同的需要进一步减少开关数目。图2示出等效的TMC拓扑结构。2.2TMC调制算法分析(1整流级PWM调制为了保持在中间直流上正下负的同时,尽可能大地充分利用三相输入线电压,以合成较大的直流电压,将三相正弦输入电压划分为6个区间。图3示出整流的分区。在每个区间内有一相绝对值最大,另两相电压极性与之相反。在保证整流级输入端为单位功率因数的条件下,以区间1为例,整流级的调制策略[2]可表示为:db=-cosθb/cosθa,dc=-cosθc/cosθa(1式中db...