高壓變頻調速系統控制單元的研制.pdf

1、隨著電力電子技術發(fā)展和新型電力電子器件的相繼出現，以及交流電機控制理論研究的突破，交流變頻調速系統獲得了迅速的發(fā)展，其應用范圍越來越廣泛，調速性能也越來越優(yōu)良，如今交流調速取代直流調速已經成為了一種發(fā)展趨勢。目前，中、小容量的變頻器已經發(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，對變頻調速系統控制單元的開發(fā)，是研究的熱點之一。當前國內高壓變頻器控制單元在控制命令的快速響應、多路控制信號的同步觸發(fā)、復雜控制功能

2、的可擴展和控制系統的安全穩(wěn)定性等方面還有很大的改進空間。因此，開發(fā)和研制高性能的高壓變頻調速系統控制單元具有重要的現實意義和廣闊的應用前景。
　　 論文首先綜述了國內外高壓變頻器以及相關控制方面的研究現狀和方展方向。對幾種典型的變頻器結構做了分類和簡要介紹。總結了當前國內變頻控制領域的發(fā)展趨勢和存在問題，闡述了研制新型高壓變頻調速系統控制單元的背景和重要意義，在分析了中性點箝位三電平高壓變頻器主電路結構和工作原理的基礎之上，提出

3、并詳細論述了控制單元的設計原則、功能配置及總體結構方案?？刂茊卧饕蒀PU插件和外圍輔助轉接插件兩部分組成，而CPU插件的硬件設計是控制單元開發(fā)中的核心和重點之一。由于三電平高壓變頻器使用的開關器件較多，拓撲結構復雜，且要求實現多路精確可靠的同步控制，因此，在CPU插件的設計中，采用了DSP、FPGA和CPLD集成配合的實現方案。其中，復雜的控制策略計算由DSP芯片承擔，以充分發(fā)揮其計算能力強，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，實現多個開關器件串聯工作時所需的精確同步觸發(fā)控制；而由CPLD 構成的觸發(fā)信號檢測模塊，可對FPGA輸出的觸發(fā)信號進行實時檢測，以有效防止硬件電路故障導致觸發(fā)信號異常，造成直流母線直通短路等嚴重事故，進一步提高了變頻器運行的安全性和可靠性。論文詳細介紹了控制單元硬件系統的設計原理和實現方法。
　　 變頻調速系統有多種控制策略和調制方式，不同的控制策略可以選擇多種調制方式實現。論文對目前常用的幾種典型的控制策略和調

5、制方式的基本原理及實現方法進行了分析。根據現場應用的要求，采用了恒壓頻比控制策略和正弦PWM調制方式。
　　 為了提高變頻調速系統運行的性能和可靠性，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方式的實現方法，并針對控制實現過程中需要考慮的特殊情況以及采取的措施作了詳細的說明。
　　 變頻調速系統控制單元的軟件設計分為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計方法。論文結合程序流程圖詳細介紹了軟件的功能，以及不同的功能模塊的設計原理。FPGA軟件設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現原理和編程方式。CPLD檢測輸出觸發(fā)信號的邏輯關系，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現方法。
　　 控制單元開發(fā)完成后，對其進行了全面的仿真和靜態(tài)測試試驗，并對試驗結果進行了分