一种实现永磁同步电机变频软启动及并网控制的两电平电路板的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及永磁同步电机变频软启动及同步切换领域，具体涉及一种实现永磁同步电机变频软启动及并网控制的两电平电路板。
【背景技术】
[0002]由于大功率永磁同步电机直接启动困难，硬启动会带来很大的冲击电流损坏电机本体结构，并且对电网及其他供电设备也会造成影响；随着电力电子器件的快速发展，价格的不断降低促进了大容量永磁同步电机的变频软启动及同步切换的发展。通过投资一台变频器可以实现多台永磁同步电机的软启动和一台永磁同步电机的变频调速，节约了成本、而且操作简单方便。
[0003]现有技术中，传统的乘法鉴相锁相环在电网相位、频率或者幅值突变时会存在相位偏差，并且该锁相环需要相应硬件辅助电路，辅助模拟电路的温度漂移会对实际锁相准确性产生影响。而单同步坐标锁相环技术可以在电网幅值低落、频率突变及电网相位突变时快速地跟踪电网相位，并且不需要任何辅助电路，完全可以通过软件实现锁相。永磁同步电机由变频器启动运转到工频，经单同步坐标锁相环环节检测到变频器输出电压与电网电压的幅值、相位、频率在一定范围内时，进行变频到工频的同步并网切换。
[0004]由于交流接触器存在开关延时的原因，在切换信号发出到交流接触器动作存在一定延时，使切换时相位存在偏差而出现冲击电流，因此在大量实验的基础上提出交流接触器的切换顺序以及切换延时时间大小，从而降低切换时引起的切换电流冲击。因此，锁相环控制技术、开关器件合适时间动作以及合理准确的切换判定条件，是变频到工频小电流冲击同步切换的关键。由此可见，永磁同步电机的变频软启动及并网控制板是实现电机软启动和同步切换小冲击电流的核心硬件。
【发明内容】
[0005]本发明为了解决永磁同步电机软启动，以及永磁同步电机由变频到工频切换时大冲击电流问题，提供一种实现永磁同步电机变频软启动及并网控制的两电平电路板。
[0006]所述的两电平控制电路板以DSP (数字信号处理器，Digital Signal Processing)和FPGA(现场可编程门控器件，Field — Programmable Gate Array)为核心芯片，还包括供电电源模块，人机交互模块，电压电流采样模块，模/数转换模块，电机转速位置采样模块，继电器驱动模块，电/光转换模块，光/电转换模块以及数/模转换模块。
[0007]控制电路板的连接关系如下:DSP同时连接供电电源模块，人机交互模块，模/数转换模块，电机转速位置采样模块，继电器驱动模块，FPGA和数/模转换模块；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。
[0008]DSP的串行通信接口 SCI端口以及RS232接口实现人机交互模块与DSP的相互通
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[0009]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送入到DSP中；
[0010]电机转速位置采样模块通过增量式码盘对永磁同步电机速度进行采样，得到永磁同步电机的转速及位置，把信号A+, A，B+，B，Z+, Z送入DSP中;
[0011]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变频器的电力电子器件IGBT(绝缘栅双极型晶体管，Insulated GatedBipolar Transistor)；
[0012]DSP进行如下处理:
[0013]通过对人机交互模块设置DSP和FPGA启动控制信号，启动DSP和FPGA，DSP利用采样得到的电网三相电压、电机进线三相电流及永磁同步电机的速度信息，生成脉宽调制技术PWM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6路PWM脉冲波电信号，6路PWM脉冲波电信号经过电/光转换模块转换成光信号，驱动电压型两电平变频器中6个电力电子器件IGBT的导通和关断，变频器输出三相交流电压从而驱动永磁同步电机运转，实现对永磁同步电机的变频软启动。
[0014]变频软启动后，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，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。
[0015]光/电转换模块是当变频器开关IGBT发生故障时，光/电转换模块将故障信号转换成电信号，经FPGA送入DSP内，DSP根据故障信号实现脉冲PWM波电信号的封锁。
[0016]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，同时通过示波器实现模拟量信号的观测。
[0017]本发明的优点在于:
[0018]1、一种实现永磁同步电机的变频软启动及并网控制的两电平电路板，主控芯片采用一块TMS320F28335 DSP芯片和一块EP2C8Q20818N FPGA，相互协同实现脉冲PWM波及相关控制信号的生成，相比于以往的TMS320F2812 DSP控制芯片及其他的种类控制芯片，所需硬件更少，成本更加低廉，运行速度更可靠且更快，功能更加齐全。
[0019]2、一种实现永磁同步电机的变频软启动及并网控制的两电平电路板，继电器驱动模块直接集成在控制板上，并且通过电信号点亮三相交流接触器的线包，操作简便，更加可
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[0020]3、一种实现永磁同步电机的变频软启动及并网控制的两电平电路板，对电压、电流、转速的隔离采样实现了光电隔离，避免了大电压对其的干扰，使采样更加准确。
[0021 ] 4、一种实现永磁同步电机的变频软启动及并网控制的两电平电路板，实现对电网电压幅值、相位、频率的锁定，相比以往传统的锁相装置，其不需要任何辅助电路，完全可以通过软件实现对电网的锁相，可靠性、稳定性、便捷性得到很大提高，并且在电网出现跌落波动时也可以很好地实现锁定。
[0022]5、一种实现永磁同步电机的变频软启动及并网控制的两电平电路板，通过对人机交互模块中触摸屏实现相关控制信号的操作，实现永磁同步电机的初始位置定位、电机变频软启动及永磁同步电机并网切换控制；且通过人机交互界面实现了该装置参数在线可调的问题，规避了常规的键盘和显示屏组合调节带来的繁琐，画面更加直观，调节更加方便。
【附图说明】
[0023]图1是本发明一种实现永磁同步电机的变频软启动及并网控制的两电平电路板结构图。
[0024]图2是本发明一种实现永磁同步电机的变频软启动及并网控制的方法流程图。
【具体实施方式】
[0025]下面将结合附图对本发明作进一步的详细说明。
[0026]—种实现永磁同步电机的变频软启动及并网控制的两电平电路板，如图1所示，以数字信号处理器DSP和现场可编程门阵列FPGA为核心芯片，还包括供电电源模块，人机交互模块，电压电流采样模块，模/数转换模块，电机转速位置采样模块，继电器驱动模块，电/光转换模块，光/电转换模块以及数/模转换模块。
[0027]控制电路板的连接关系如下:DSP同时连接供电电源模块，人机交互模块，模/数转换模块，电机转速位置采样模块，继电器驱动模块，FPGA和数/模转换模块；模/数转换模块连接电压电流采