一種實(shí)現(xiàn)永磁同步電機(jī)變頻軟啟動(dòng)及并網(wǎng)控制的兩電平電路板的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及永磁同步電機(jī)變頻軟啟動(dòng)及同步切換領(lǐng)域，具體涉及一種實(shí)現(xiàn)永磁同步電機(jī)變頻軟啟動(dòng)及并網(wǎng)控制的兩電平電路板。
【背景技術(shù)】
[0002]由于大功率永磁同步電機(jī)直接啟動(dòng)困難，硬啟動(dòng)會(huì)帶來很大的沖擊電流損壞電機(jī)本體結(jié)構(gòu)，并且對電網(wǎng)及其他供電設(shè)備也會(huì)造成影響；隨著電力電子器件的快速發(fā)展，價(jià)格的不斷降低促進(jìn)了大容量永磁同步電機(jī)的變頻軟啟動(dòng)及同步切換的發(fā)展。通過投資一臺(tái)變頻器可以實(shí)現(xiàn)多臺(tái)永磁同步電機(jī)的軟啟動(dòng)和一臺(tái)永磁同步電機(jī)的變頻調(diào)速，節(jié)約了成本、而且操作簡單方便。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中，傳統(tǒng)的乘法鑒相鎖相環(huán)在電網(wǎng)相位、頻率或者幅值突變時(shí)會(huì)存在相位偏差，并且該鎖相環(huán)需要相應(yīng)硬件輔助電路，輔助模擬電路的溫度漂移會(huì)對實(shí)際鎖相準(zhǔn)確性產(chǎn)生影響。而單同步坐標(biāo)鎖相環(huán)技術(shù)可以在電網(wǎng)幅值低落、頻率突變及電網(wǎng)相位突變時(shí)快速地跟蹤電網(wǎng)相位，并且不需要任何輔助電路，完全可以通過軟件實(shí)現(xiàn)鎖相。永磁同步電機(jī)由變頻器啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)到工頻，經(jīng)單同步坐標(biāo)鎖相環(huán)環(huán)節(jié)檢測到變頻器輸出電壓與電網(wǎng)電壓的幅值、相位、頻率在一定范圍內(nèi)時(shí)，進(jìn)行變頻到工頻的同步并網(wǎng)切換。
[0004]由于交流接觸器存在開關(guān)延時(shí)的原因，在切換信號(hào)發(fā)出到交流接觸器動(dòng)作存在一定延時(shí)，使切換時(shí)相位存在偏差而出現(xiàn)沖擊電流，因此在大量實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上提出交流接觸器的切換順序以及切換延時(shí)時(shí)間大小，從而降低切換時(shí)引起的切換電流沖擊。因此，鎖相環(huán)控制技術(shù)、開關(guān)器件合適時(shí)間動(dòng)作以及合理準(zhǔn)確的切換判定條件，是變頻到工頻小電流沖擊同步切換的關(guān)鍵。由此可見，永磁同步電機(jī)的變頻軟啟動(dòng)及并網(wǎng)控制板是實(shí)現(xiàn)電機(jī)軟啟動(dòng)和同步切換小沖擊電流的核心硬件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明為了解決永磁同步電機(jī)軟啟動(dòng)，以及永磁同步電機(jī)由變頻到工頻切換時(shí)大沖擊電流問題，提供一種實(shí)現(xiàn)永磁同步電機(jī)變頻軟啟動(dòng)及并網(wǎng)控制的兩電平電路板。
[0006]所述的兩電平控制電路板以DSP (數(shù)字信號(hào)處理器，Digital Signal Processing)和FPGA(現(xiàn)場可編程門控器件，F(xiàn)ield — Programmable Gate Array)為核心芯片，還包括供電電源模塊，人機(jī)交互模塊，電壓電流采樣模塊，模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，電機(jī)轉(zhuǎn)速位置采樣模塊，繼電器驅(qū)動(dòng)模塊，電/光轉(zhuǎn)換模塊，光/電轉(zhuǎn)換模塊以及數(shù)/模轉(zhuǎn)換模塊。
[0007]控制電路板的連接關(guān)系如下:DSP同時(shí)連接供電電源模塊，人機(jī)交互模塊，模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，電機(jī)轉(zhuǎn)速位置采樣模塊，繼電器驅(qū)動(dòng)模塊，F(xiàn)PGA和數(shù)/模轉(zhuǎn)換模塊；模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊連接電壓電流采樣模塊；繼電器驅(qū)動(dòng)模塊連接三相交流接觸器。
[0008]DSP的串行通信接口 SCI端口以及RS232接口實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互模塊與DSP的相互通
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[0009]電壓電流采樣模塊對電網(wǎng)三相電壓和電機(jī)進(jìn)線三相電流進(jìn)行采樣，后將采樣值送到模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊中，模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊將電網(wǎng)三相電壓和電機(jī)進(jìn)線三相電流的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字量送入到DSP中；
[0010]電機(jī)轉(zhuǎn)速位置采樣模塊通過增量式碼盤對永磁同步電機(jī)速度進(jìn)行采樣，得到永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速及位置，把信號(hào)A+, A，B+，B，Z+, Z送入DSP中;
[0011]FPGA同時(shí)連接電/光轉(zhuǎn)換模塊和光/電轉(zhuǎn)換模塊，且電/光轉(zhuǎn)換模塊和光/電轉(zhuǎn)換模塊同時(shí)連接變頻器的電力電子器件IGBT(絕緣柵雙極型晶體管，Insulated GatedBipolar Transistor)；
[0012]DSP進(jìn)行如下處理:
[0013]通過對人機(jī)交互模塊設(shè)置DSP和FPGA啟動(dòng)控制信號(hào)，啟動(dòng)DSP和FPGA，DSP利用采樣得到的電網(wǎng)三相電壓、電機(jī)進(jìn)線三相電流及永磁同步電機(jī)的速度信息，生成脈寬調(diào)制技術(shù)PWM脈沖波的頻率、初始位置和占空比信息；并通過數(shù)據(jù)線寫入FPGA內(nèi)部寄存器中；FPGA發(fā)出6路PWM脈沖波電信號(hào)，6路PWM脈沖波電信號(hào)經(jīng)過電/光轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換成光信號(hào)，驅(qū)動(dòng)電壓型兩電平變頻器中6個(gè)電力電子器件IGBT的導(dǎo)通和關(guān)斷，變頻器輸出三相交流電壓從而驅(qū)動(dòng)永磁同步電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)對永磁同步電機(jī)的變頻軟啟動(dòng)。
[0014]變頻軟啟動(dòng)后，DSP對實(shí)時(shí)采樣的電網(wǎng)電壓和變頻器輸出的三相電壓進(jìn)行比較，當(dāng)兩者的幅值相等，相位之差在-10度到10度之間，頻率在-0.5Hz到0.5Hz之間時(shí)，DSP發(fā)出切換控制信號(hào)送入繼電器驅(qū)動(dòng)模塊，繼電器驅(qū)動(dòng)模塊輸出的電信號(hào)點(diǎn)亮三相交流接觸器的線包，實(shí)現(xiàn)三相交流接觸器的通斷，最終實(shí)現(xiàn)永磁同步電機(jī)變頻到電網(wǎng)工頻的同步切換。
[0015]光/電轉(zhuǎn)換模塊是當(dāng)變頻器開關(guān)IGBT發(fā)生故障時(shí)，光/電轉(zhuǎn)換模塊將故障信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)FPGA送入DSP內(nèi)，DSP根據(jù)故障信號(hào)實(shí)現(xiàn)脈沖PWM波電信號(hào)的封鎖。
[0016]數(shù)/模轉(zhuǎn)換模塊把DSP發(fā)出的數(shù)字量信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬量信號(hào)輸出，同時(shí)通過示波器實(shí)現(xiàn)模擬量信號(hào)的觀測。
[0017]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0018]1、一種實(shí)現(xiàn)永磁同步電機(jī)的變頻軟啟動(dòng)及并網(wǎng)控制的兩電平電路板，主控芯片采用一塊TMS320F28335 DSP芯片和一塊EP2C8Q20818N FPGA，相互協(xié)同實(shí)現(xiàn)脈沖PWM波及相關(guān)控制信號(hào)的生成，相比于以往的TMS320F2812 DSP控制芯片及其他的種類控制芯片，所需硬件更少，成本更加低廉，運(yùn)行速度更可靠且更快，功能更加齊全。
[0019]2、一種實(shí)現(xiàn)永磁同步電機(jī)的變頻軟啟動(dòng)及并網(wǎng)控制的兩電平電路板，繼電器驅(qū)動(dòng)模塊直接集成在控制板上，并且通過電信號(hào)點(diǎn)亮三相交流接觸器的線包，操作簡便，更加可
A+-.與巨Ο
[0020]3、一種實(shí)現(xiàn)永磁同步電機(jī)的變頻軟啟動(dòng)及并網(wǎng)控制的兩電平電路板，對電壓、電流、轉(zhuǎn)速的隔離采樣實(shí)現(xiàn)了光電隔離，避免了大電壓對其的干擾，使采樣更加準(zhǔn)確。
[0021 ] 4、一種實(shí)現(xiàn)永磁同步電機(jī)的變頻軟啟動(dòng)及并網(wǎng)控制的兩電平電路板，實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)電壓幅值、相位、頻率的鎖定，相比以往傳統(tǒng)的鎖相裝置，其不需要任何輔助電路，完全可以通過軟件實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)的鎖相，可靠性、穩(wěn)定性、便捷性得到很大提高，并且在電網(wǎng)出現(xiàn)跌落波動(dòng)時(shí)也可以很好地實(shí)現(xiàn)鎖定。
[0022]5、一種實(shí)現(xiàn)永磁同步電機(jī)的變頻軟啟動(dòng)及并網(wǎng)控制的兩電平電路板，通過對人機(jī)交互模塊中觸摸屏實(shí)現(xiàn)相關(guān)控制信號(hào)的操作，實(shí)現(xiàn)永磁同步電機(jī)的初始位置定位、電機(jī)變頻軟啟動(dòng)及永磁同步電機(jī)并網(wǎng)切換控制；且通過人機(jī)交互界面實(shí)現(xiàn)了該裝置參數(shù)在線可調(diào)的問題，規(guī)避了常規(guī)的鍵盤和顯示屏組合調(diào)節(jié)帶來的繁瑣，畫面更加直觀，調(diào)節(jié)更加方便。
【附圖說明】
[0023]圖1是本發(fā)明一種實(shí)現(xiàn)永磁同步電機(jī)的變頻軟啟動(dòng)及并網(wǎng)控制的兩電平電路板結(jié)構(gòu)圖。
[0024]圖2是本發(fā)明一種實(shí)現(xiàn)永磁同步電機(jī)的變頻軟啟動(dòng)及并網(wǎng)控制的方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0026]—種實(shí)現(xiàn)永磁同步電機(jī)的變頻軟啟動(dòng)及并網(wǎng)控制的兩電平電路板，如圖1所示，以數(shù)字信號(hào)處理器DSP和現(xiàn)場可編程門陣列FPGA為核心芯片，還包括供電電源模塊，人機(jī)交互模塊，電壓電流采樣模塊，模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，電機(jī)轉(zhuǎn)速位置采樣模塊，繼電器驅(qū)動(dòng)模塊，電/光轉(zhuǎn)換模塊，光/電轉(zhuǎn)換模塊以及數(shù)/模轉(zhuǎn)換模塊。
[0027]控制電路板的連接關(guān)系如下:DSP同時(shí)連接供電電源模塊，人機(jī)交互模塊，模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，電機(jī)轉(zhuǎn)速位置采樣模塊，繼電器驅(qū)動(dòng)模塊，F(xiàn)PGA和數(shù)/模轉(zhuǎn)換模塊；模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊連接電壓電流采