矩阵式三相／单相电源研究

文章摘要： 假设变换器的输入为三相理想电源电压，则： 对于第一种策略在每个采样周期内，只利用输入电压的最大相Umax和最小相Umin合成目标输出电压U0。 与此对应定义最大相开关函数Smax和Smin。在一个采样周期内，两个开关的导通时间T1，T2分别为： 式中：U0为输出电压参考值；Ts为采样周期时间长度。www.88dzw.com 在相应的控制算法下其拟合示意图如图3所示。其实质上类似于直流斩波电路，不过在此其是对交流斩波。利用该拟合方法进行输出得到的电压比较平稳。第二种控制策略较为简单在此不做详述。高频和低频控制策略的转换通过软件来实现，输出U0的频率

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    假设变换器的输入为三相理想电源电压，则：
   
    对于第一种策略在每个采样周期内，只利用输入电压的最大相Umax和最小相Umin合成目标输出电压U0。
   
    与此对应定义最大相开关函数Smax和Smin。在一个采样周期内，两个开关的导通时间T1，T2分别为：
   
式中：U0为输出电压参考值；Ts为采样周期时间长度。

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    在相应的控制算法下其拟合示意图如图3所示。其实质上类似于直流斩波电路，不过在此其是对交流斩波。利用该拟合方法进行输出得到的电压比较平稳。第二种控制策略较为简单在此不做详述。高频和低频控制策略的转换通过软件来实现，输出U0的频率f0可以通过人机交互装置进行设定(假如设定50 Hz以下为低频，以上为高频)，其子程序结构框图如图4所示。

3 数字控制系统组成
    检测的信号多而且要求精度高，同时产生相应的控制信号要求实时性好。这样就决定了其CPU要求特别高，为了满足这一要求，该系统采用CPU为CPLD+DSP数字控制系统(见图5)。为了使其各自的优点充分发挥，利用DSP(TMS32LF2407)的模拟输入通道接收来自信号检测调制信号模块的输入／输出信号实时计算并执行控制策略(输入拟合法)，再将其运算的结果送给CPLD，CPLD根据相应的信号进行逻辑运算实现逻辑换流功能。

    在CPU运行过程中CPLD和DSP同时接收输入／输出电压电流信号，但是其实现的功能不一样：DSP接收到的信号是为了控制策略的运算，而CPLD接收的信号是为了保证每个时刻发出的控制信号的准确性，当CPLD发现故障时将进行相应处理并显示故障位置。

4 矩阵式变换器(MC)系统实验分析
    在该系统的设计当中CPU模块采用SY-XDS510USB 2．0 DSP仿真器实现对双向开关管的控制，从而实现MC系统的部分实验，以下是不同频率下的电压电流实验的波形图，如图6所示。

    在低频段由于最大相和最小相拟合出设定的输出电压控制策略，该策略类似于直流的斩波方法，所以其输出的波形就是一斩波波形，由于和负载并入了电容，所以对负载两端的电压比较平稳。对于高频段采用的电压逼近原则，所以输出电压和电流都存在一定的波动，但是其节约了CPU的资源，提高了系统的可靠性。

5 结语
    系统针对感应加热和感应熔炼等行业进行三相／单相电源变换，采用分频段控制策略，实现了稳定与资源的合理协调，达到了很好的效果。虽然控制方法和成本较高，但就其在功率因数以及对电网影响等各方面而言仍然远高于现有的变换方式。随着集成模块和控制方法的进步，必将矩阵变换器应用在更广阔的领域。

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