[發(fā)明專利]一種實現(xiàn)永磁同步電機變頻軟啟動及并網(wǎng)控制的兩電平電路板

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510833862.7
• 申請日: 2015-11-25
• 公開（公告）號: CN105337540A
• 公開（公告）日: 2016-02-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 段巍;徐書濤;王成勝;李凡;蔣珺;蘭志明;楊瓊濤;趙曉坦;陳炳帥;唐磊;趙悅
• 申請（專利權(quán)）人: 北京金自天正智能控制股份有限公司
• 主分類號: H02P6/20
• 分類號: H02P6/20;H02J3/40
• 代理公司: 北京永創(chuàng)新實專利事務(wù)所 11121
• 代理人: 趙文利

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及永磁同步電機變頻軟啟動及同步切換領(lǐng)域，具體涉及一種實現(xiàn)永磁同步電機變頻軟啟動及并網(wǎng)控制的兩電平電路板。

背景技術(shù)

由于大功率永磁同步電機直接啟動困難，硬啟動會帶來很大的沖擊電流損壞電機本體結(jié)構(gòu)，并且對電網(wǎng)及其他供電設(shè)備也會造成影響；隨著電力電子器件的快速發(fā)展，價格的不斷降低促進了大容量永磁同步電機的變頻軟啟動及同步切換的發(fā)展。通過投資一臺變頻器可以實現(xiàn)多臺永磁同步電機的軟啟動和一臺永磁同步電機的變頻調(diào)速，節(jié)約了成本、而且操作簡單方便。

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會存在相位偏差，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對實際鎖相準(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現(xiàn)鎖相。永磁同步電機由變頻器啟動運轉(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，進行變頻到工頻的同步并網(wǎng)切換。

由于交流接觸器存在開關(guān)延時的原因，在切換信號發(fā)出到交流接觸器動作存在一定延時，使切換時相位存在偏差而出現(xiàn)沖擊電流，因此在大量實驗的基礎(chǔ)上提出交流接觸器的切換順序以及切換延時時間大小，從而降低切換時引起的切換電流沖擊。因此，鎖相環(huán)控制技術(shù)、開關(guān)器件合適時間動作以及合理準(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，永磁同步電機的變頻軟啟動及并網(wǎng)控制板是實現(xiàn)電機軟啟動和同步切換小沖擊電流的核心硬件。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了解決永磁同步電機軟啟動，以及永磁同步電機由變頻到工頻切換時大沖擊電流問題，提供一種實現(xiàn)永磁同步電機變頻軟啟動及并網(wǎng)控制的兩電平電路板。

所述的兩電平控制電路板以DSP(數(shù)字信號處理器，DigitalSignalProcessing)和FPGA(現(xiàn)場可編程門控器件，F(xiàn)ield－ProgrammableGateArray)為核心芯片，還包括供電電源模塊，人機交互模塊，電壓電流采樣模塊，模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，電機轉(zhuǎn)速位置采樣模塊，繼電器驅(qū)動模塊，電/光轉(zhuǎn)換模塊，光/電轉(zhuǎn)換模塊以及數(shù)/模轉(zhuǎn)換模塊。

控制電路板的連接關(guān)系如下：DSP同時連接供電電源模塊，人機交互模塊，模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，電機轉(zhuǎn)速位置采樣模塊，繼電器驅(qū)動模塊，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)動模塊連接三相交流接觸器。

DSP的串行通信接口SCI端口以及RS232接口實現(xiàn)人機交互模塊與DSP的相互通信。

電壓電流采樣模塊對電網(wǎng)三相電壓和電機進線三相電流進行采樣，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)三相電壓和電機進線三相電流的模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字量送入到DSP中；

電機轉(zhuǎn)速位置采樣模塊通過增量式碼盤對永磁同步電機速度進行采樣，得到永磁同步電機的轉(zhuǎn)速及位置，把信號A⁺,A^-,B⁺,B^-,Z⁺,Z^-送入DSP中；

FPGA同時連接電/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)換模塊同時連接變頻器的電力電子器件IGBT(絕緣柵雙極型晶體管,InsulatedGatedBipolarTransistor)；

DSP進行如下處理：

通過對人機交互模塊設(shè)置DSP和FPGA啟動控制信號，啟動DSP和FPGA，DSP利用采樣得到的電網(wǎng)三相電壓、電機進線三相電流及永磁同步電機的速度信息，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，6路PWM脈沖波電信號經(jīng)過電/光轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換成光信號，驅(qū)動電壓型兩電平變頻器中6個電力電子器件IGBT的導(dǎo)通和關(guān)斷，變頻器輸出三相交流電壓從而驅(qū)動永磁同步電機運轉(zhuǎn)，實現(xiàn)對永磁同步電機的變頻軟啟動。

變頻軟啟動后，DSP對實時采樣的電網(wǎng)電壓和變頻器輸出的三相電壓進行比較，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，DSP發(fā)出切換控制信號送入繼電器驅(qū)動模塊，繼電器驅(qū)動模塊輸出的電信號點亮三相交流接觸器的線包，實現(xiàn)三相交流接觸器的通斷，最終實現(xiàn)永磁同步電機變頻到電網(wǎng)工頻的同步切換。