高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)控制單元的研制.pdf

1、隨著電力電子技術(shù)發(fā)展和新型電力電子器件的相繼出現(xiàn)，以及交流電機(jī)控制理論研究的突破，交流變頻調(diào)速系統(tǒng)獲得了迅速的發(fā)展，其應(yīng)用范圍越來越廣泛，調(diào)速性能也越來越優(yōu)良，如今交流調(diào)速取代直流調(diào)速已經(jīng)成為了一種發(fā)展趨勢。目前，中、小容量的變頻器已經(jīng)發(fā)展得比較成熟，但是在高壓大功率變頻器方面還有許多有待研究的問題。其中，對變頻調(diào)速系統(tǒng)控制單元的開發(fā)，是研究的熱點(diǎn)之一。當(dāng)前國內(nèi)高壓變頻器控制單元在控制命令的快速響應(yīng)、多路控制信號的同步觸發(fā)、復(fù)雜控制功能

2、的可擴(kuò)展和控制系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性等方面還有很大的改進(jìn)空間。因此，開發(fā)和研制高性能的高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)控制單元具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和廣闊的應(yīng)用前景。
　　 論文首先綜述了國內(nèi)外高壓變頻器以及相關(guān)控制方面的研究現(xiàn)狀和方展方向。對幾種典型的變頻器結(jié)構(gòu)做了分類和簡要介紹?？偨Y(jié)了當(dāng)前國內(nèi)變頻控制領(lǐng)域的發(fā)展趨勢和存在問題，闡述了研制新型高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)控制單元的背景和重要意義，在分析了中性點(diǎn)箝位三電平高壓變頻器主電路結(jié)構(gòu)和工作原理的基礎(chǔ)之上，提出

3、并詳細(xì)論述了控制單元的設(shè)計原則、功能配置及總體結(jié)構(gòu)方案。控制單元主要由CPU插件和外圍輔助轉(zhuǎn)接插件兩部分組成，而CPU插件的硬件設(shè)計是控制單元開發(fā)中的核心和重點(diǎn)之一。由于三電平高壓變頻器使用的開關(guān)器件較多，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)復(fù)雜，且要求實(shí)現(xiàn)多路精確可靠的同步控制，因此，在CPU插件的設(shè)計中，采用了DSP、FPGA和CPLD集成配合的實(shí)現(xiàn)方案。其中，復(fù)雜的控制策略計算由DSP芯片承擔(dān)，以充分發(fā)揮其計算能力強(qiáng)，資源豐富的優(yōu)勢；利用FPGA 具有的并行

4、執(zhí)行程序的能力，實(shí)現(xiàn)多個開關(guān)器件串聯(lián)工作時所需的精確同步觸發(fā)控制；而由CPLD 構(gòu)成的觸發(fā)信號檢測模塊，可對FPGA輸出的觸發(fā)信號進(jìn)行實(shí)時檢測，以有效防止硬件電路故障導(dǎo)致觸發(fā)信號異常，造成直流母線直通短路等嚴(yán)重事故，進(jìn)一步提高了變頻器運(yùn)行的安全性和可靠性。論文詳細(xì)介紹了控制單元硬件系統(tǒng)的設(shè)計原理和實(shí)現(xiàn)方法。
　　 變頻調(diào)速系統(tǒng)有多種控制策略和調(diào)制方式，不同的控制策略可以選擇多種調(diào)制方式實(shí)現(xiàn)。論文對目前常用的幾種典型的控制策略和調(diào)

5、制方式的基本原理及實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行了分析。根據(jù)現(xiàn)場應(yīng)用的要求，采用了恒壓頻比控制策略和正弦PWM調(diào)制方式。
　　 為了提高變頻調(diào)速系統(tǒng)運(yùn)行的性能和可靠性，論文提出了恒壓頻比控制策略的優(yōu)化方法、非線性加/減速控制方式和不對稱規(guī)則采樣SPWM方式的實(shí)現(xiàn)方法，并針對控制實(shí)現(xiàn)過程中需要考慮的特殊情況以及采取的措施作了詳細(xì)的說明。
　　 變頻調(diào)速系統(tǒng)控制單元的軟件設(shè)計分為DSP程序、FPGA程序和CPLD程序三個部分。為了提高程序的可

6、讀性和可移植性，DSP程序采用了模塊化設(shè)計方法。論文結(jié)合程序流程圖詳細(xì)介紹了軟件的功能，以及不同的功能模塊的設(shè)計原理。FPGA軟件設(shè)計按照其功能模塊分為五個部分，與DSP芯片配合完成PWM 觸發(fā)脈沖的計算和輸出，論文說明了各個模塊的實(shí)現(xiàn)原理和編程方式。CPLD檢測輸出觸發(fā)信號的邏輯關(guān)系，并在發(fā)生錯誤時立即閉鎖輸出，論文介紹了其功能的軟件實(shí)現(xiàn)方法。
　　 控制單元開發(fā)完成后，對其進(jìn)行了全面的仿真和靜態(tài)測試試驗(yàn)，并對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分