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

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。

主权项

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Profibus总线中去，PLC读取Profibus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。