给定电压变换量的分量Δ usd与d轴给定电压分量u s/之间的差值，q轴给定电压变换量的分量八^^与q轴给定电压分量u:之间的差值送入给定电压反变换及幅角变换模块中得到一个模值m和一个角度θ n。
[0067]步骤507、模值m和角度θ n送入SVPWM模块中得到SVPWM脉冲波所需的初始位置、占空比和频率信息，并通过DSP的GP10 口发送到FPGA中。
[0068]步骤六、控制芯片FPGA发出12路SVPWM脉冲波信号；
[0069]步骤七、12路SVPWM脉冲波电信号经过电/光转换模块转换成光信号，驱动电压型三电平变频器电力电子器件IGBT导通和关断，生成三相交流阶梯波电压，从而驱动永磁同步电机运转。
[0070]当SVPWM脉冲波处在高电平时，开关器件IGBT导通，当SVPWM脉波处在低电平时，电力电子器件IGBT关断。通过IGBT的开通关断，变频器输出三相交流阶梯波电压驱动永磁同步电机运转，实现永磁同步电机变频软启动。[0071 ] 步骤八、永磁同步电机变频软启动到给定频率后，电压电流采样模块和电机转速位置采样模块实时采样，DSP对实时采样的电网三相电压和变频器输出的三相电压的幅值、相位、频率进行比较，当两者的幅值、相位和频率达到一定范围时，DSP发出切换信号，实现永磁同步电机变频到电网工频的同步切换。
[0072]DSP对采集到的电网三相电压送入DSP程序中的锁相环环节，实时检测电网的幅值、相位、频率。通过程序判别变频器输出的三相电压的幅值、相位、频率和电网的幅值、相位、频率:当两者的幅值相等，相位之差在-10度到10度之间，频率在-0.5Hz到0.5Hz之间时，DSP发出切换控制信号送入继电器驱动模块，点亮继电器驱动三相交流继电器线包的闭合和关断，控制三相交流继电器的开关，实现永磁同步电机由变频状态到电网工频状态的同步并网小冲击电流切换。
[0073]电网电压信号送入锁相环节实现对电网的锁定，实时监测变频器和电网的电压幅值是否相等，相位之差是否在-10度到10度之间，频率是否在-0.5hz到0.5hz之间时，当符合要求时，DSP发出切换控制信号。
[0074]相关控制信号、标志位以及调节器参数的设定和修改都是通过人机交互模块实现的。
[0075]本发明DSP主控制板上电后，初始化相关芯片，把采集的电网三相电压、电机进线三相电流、电机转速位置信号送入DSP控制芯片中进行处理，经过模/数转换模块，DSP内部的ePWM (增强型脉宽调制)模块及eQEP (增强性正交编码脉冲)模块及FPGA芯片等生成所需要的12路SVPWM脉冲波电信号，12路SVPWM脉冲波通过芯片SN754918P接到12个光纤发射芯片HFBR1521上，HFBR1521将电信号转化成光信号发射出去，进而实现光信号电压型三电平变频器电力电子器件IGBT的通断控制。
[0076]利用DSP程序中的同步切换条件对采集到的电网电压的幅值、相位、频率和电机进线电压的幅值、相位、频率进行判定，在判别其差值在一定范围内之后，DSP控制芯片发出控制切换信号，实现三相交流接触器的通断操作，完成永磁同步电机变频到电网工频的并网切换。
[0077]—种实现永磁同步电机变频软启动及并网控制的电路板，实现永磁同步电机变频软启动及永磁同步电机由变频状态切换到工频状态，均可通过采用电压型两电平变频器或者电压型三电平变频器实现；对于电压型两电平变频器而言，通过对应的两电平控制电路板发出6路PWM脉冲波分别控制电压型两电平变频器6个电力电子器件IGBT的通断；对于电压型三电平变频器而言，通过对应的三电平控制电路板发出12路SVPWM脉冲波分别控制电压型三电平变频器12个电力电子器件IGBT的通断。
【主权项】
1.一种实现永磁同步电机变频软启动及并网控制的三电平电路板，其特征在于，所述电路板以DSP和FPGA为核心芯片，还包括供电电源模块，电压电流采样模块，模/数转换模块，电机转速位置采样模块，数/模转换模块，继电器驱动模块，电/光转换模块，光/电转换模块以及人机交互模块；DSP是指数字信号处理器，Digital Signal Processing ；FPGA是指现场可编程门控器件，Field — Programmable Gate Array ； 人机交互模块包括触摸屏，PLC和一片VPC3+C芯片；PLC是指可编程逻辑控制器，Programmable Logic Controller ； 控制电路板各个模块之间的连接关系如下:DSP同时连接供电电源模块，模/数转换模块，电机转速位置采样模块，数/模转换模块，继电器驱动模块，FPGA和人机交互模块；模/数转换模块连接电压电流采样模块；继电器驱动模块连接三相交流接触器； FPGA同时连接电/光转换模块和光/电转换模块，且电/光转换模块和光/电转换模块同时连接电压型三电平变频器的12个电力电子器件IGBT ；IGBT是指绝缘栅双极型晶体管,Insulated Gated Bipolar Transistor ； DSP通过VPC3+c芯片连接PLC，PLC同时连接接触屏；VPC3+c作为通讯芯片，集成Profibus-DP协议，通过Profibus协议实现PLC与DSP之间的通信，具体为:DSP数据通过VPC3+C芯片以Profibus-DP形式发送到Prof ibus总线中去，PLC读取Prof ibus总线信息，并传输到触摸屏上显示；同时通过触摸屏设定的标志位控制信号或者PLC发出的操作指令通过VPC3+C完成数据接收与转换后，通过DSP的串行通信接口传输到DSP中进行处理计算; 电压电流采样模块对电网三相电压和电机进线三相电流进行采样，后将采样值送到模/数转换模块中，模/数转换模块将电网三相电压和电机进线三相电流的模拟信号转化为数字量信号送入到DSP中，通过锁相环环节锁定电网的幅值、相位、频率以及进行相应永磁同步电机矢量控制计算； 电机转速位置采样模块通过增量式码盘对永磁同步电机进行采样，得到永磁同步电机的转速及位置，得到信号A+，A , B+, B , Z+, Z并送入DSP的增强型正交编码脉冲模块eQEP进行处理，得到永磁同步电机的速度和转子位置角； DSP进行如下处理: 一方面通过触摸屏设置DSP和FPGA启动控制信号及速度给定控制信号，启动DSP和FPGA，DSP利用电网的三相电压、电机进线三相电流及永磁同步电机的速度，生成SVPWM脉冲波的频率、初始位置和占空比信息；并通过数据线写入FPGA内部寄存器中；FPGA发出12路SVPWM脉冲波电信号，12路SVPWM脉冲波电信号经过电/光转换模块转换成光信号，驱动电压型三电平变频器中12个电力电子器件IGBT的导通和关断，从而使变频器输出三相交流阶梯电压驱动永磁同步电机运转，通过变频启动实现对永磁同步电机的软启动；SVPWM是指电压空间矢量脉宽调制； DSP对实时采样的电网电压和变频器输出的三相电压进行比较，当永磁同步电机变频启动运转到给定速度后，通过同步切换条件判定:当两者的幅值相等，相位之差在-10度到10度之间，频率在-0.5Hz到0.5Hz之间时，DSP发出切换控制信号，并把切换控制信号送入继电器驱动模块，继电器驱动模块输出的电信号点亮三相交流接触器的线包，实现三相交流接触器的通断，最终实现永磁同步电机变频到电网工频的同步切换。2.如权利要求1所述的一种实现永磁同步电机的变频软启动及并网控制的三电平电路板，其特征在于，所述PLC作为主站，DSP控制板和触摸屏作为从站，同时PLC主站接受来自其他从站的用户数据，或传送数据到其他从站。3.如权利要求1所述的一种实现永磁同步电机的变频软启动及并网控制的三电平电路板，其特征在于，所述光/电转换模块是当变频器开关IGBT发生故障时，光/电转换模块将故障光信号转换成电信号，经FPGA送入DSP内，DSP根据故障信号实现对12路SVPWM脉冲波电信号的封锁。4.如权利要求1所述的一种实现永磁同步电机的变频软启动及并网控制的三电平电路板，其特征在于，所述数/模转换模块把DSP发出的数字量信号转换为模拟量信号输出，同时通过外部观测设备示波器实现模拟量信号的观测。
【专利摘要】本发明公开了一种实现永磁同步电机变频软启动及并网控制的三电平电路板，具体为：电压电流采样模块和电机转速位置采样模块分别采集电网电压、电机电流和电机速度，转换为数字信号送到DSP，通过DSP和FPGA的协同处理，发出12路SVPWM脉冲波电信号，驱动电压型三电平变频器中12个IGBT的导通和关断，实现对永磁同步电机的软启动；同时，DSP对实时采样的电网电压和变频器输出的三相电压进行比较，当达到要求时，DSP发出切换控制信号送入继电器驱动模块，点亮三相交流接触器的线包，实现三相交流接触器的通断，最终实现永磁同步电机变频到电网工频并网小电流冲击的同步切换。解决了永磁同步电机软启动，及永磁同步电机由变频到工频切换时大冲击电流问题。
【IPC分类】H02P21/18, H02J3/40, H02P21/34
【公开号】CN105375849
【申请号】CN201510833839
【发明人】段巍, 徐书涛, 王成胜, 李凡, 蒋珺, 兰志明, 杨琼涛, 赵晓坦, 陈炳帅, 唐磊, 赵悦
【申请人】北京金自天正智能控制股份有限公司
【公开日】2016年3月2日
【申请日】2015年11月25日