级联型高压变频器ＰＷＭ波发生控制系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种级联型高压变频器ＰＷＭ波发生控制系统，包括占空比计算单元和三个分别与三相对应的内部电路逻辑结构相同的ＰＷＭ波产生单元，占空比计算单元计算出三相各个功率单元的占空比，将数据和命令传输到三个ＰＷＭ波产生单元，三个ＰＷＭ波产生单元通过光纤将ＰＷＭ波传输给各自所控制的各功率单元，功率单元将状态信息回传给ＰＷＭ波产生单元。高压变频器采用了本实用新型专利技术的ＰＷＭ波发生控制系统后，功率单元直接接收ＰＷＭ波形，省去了复杂的占空比接收、解码和ＰＷＭ波形产生过程，使得功率单元的设计和控制变得更加简单，同时，实现了ＰＷＭ波形的实时传输和功率单元的实时控制。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种PWM波发生控制系统，尤其涉及一种级联型高压变频器PWM 波发生控制系统，属于电力电子设备

技术介绍
目前，功率单元多级串联型高压变频器由于具有单级电压等级低，实现容易以及 对电网污染小、功率因素高等优点，成为应用最为广泛的高压变频技术。多级串联型高压变 频器采用功率单元多级串联的方式实现高压输出，每个功率单元根据控制系统要求发出一 定的PWM电压波形，然后各相功率单元输出电压进行叠加输出高压电源。为达到最好的叠 加电压输出波形，各相功率单元一般采用移相PWM波形发生技术，即单相每个功率单元接 收的具有一定相移的PWM波形使得其输出电压也有一定相移，进而叠加成比较完美的正弦 波电源输出。现有的高压变频器的功率单元控制传输系统多采用全通讯控制方式，控制单元和 功率单元之间通过两根光纤接口。由上层控制系统计算出各个功率单元的占空比，然后通 过串行通讯方式下发给各个功率单元，功率单元接收到占空比后，通过比较单元产生PWM 波形，进而控制功率单元发出电压波形。每个功率单元的控制命令和功率单元状态回传也 通过通讯方式处理。所以现有的高压变频功率单元控制都由两部分组成一、占空比计算单 元和串行通讯下发单元，一般采用微处理器MCU加现场可编程门阵列FPGA的方式，一片MCU 芯片负责占空比计算，一片FPGA芯片负责串行通讯数据的下发，这种方式通讯部分需最多 与几十个功率单元进行通讯，使得FPGA的设计非常复杂，控制系统需下发各种控制命令和 占空比，为防止数据出错，还需对下发数据进行编码和校验。二、下层功率单元的控制部分， 它需要有专门的通讯接收单元对数据进行接收、解码和校验，接收完数据后还需要通过PWM 波发生单元产生所需的PWM波，再加上功率单元自身所需的保护电路、通讯上传电路等，使 得整个系统的设计非常复杂，降低了系统的可靠性。同时运行中由于采用串行通讯方式进 行传输，使得占空比下发需要传输时间，不能即时进行相应的控制。因此，设计一种新的级联型高压变频器PWM波发生控制系统，解决上述的一系列 技术问题十分必要。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种新的级联型高压变频器PWM波发生控制系统，由 本系统直接产生各个下层功率单元所需的PWM波，通过光纤传输给下层功率单元，功率单 元只需直接通过光纤接收PWM波形。本技术的目的通过以下技术方案予以实现—种级联型高压变频器PWM波发生控制系统，包括占空比计算单元1和三个分别 与三相对应的内部电路逻辑结构相同的PWM波产生单元2，占空比计算单元1计算出三相各 个功率单元的占空比，将数据和命令传输到三个PWM波产生单元2，三个PWM波产生单元2通过光纤将PWM波传输给各自所控制的各功率单元，功率单元将状态信息回传给PWM波产 生单元2。本技术的目的还可以通过以下技术措施来进一步实现前述一种级联型高压变频器PWM波发生控制系统，其中所述占空比计算单元1由 一片数字信号处理器DSP组成，所述PWM波产生单元2由现场可编程门阵列FPGA组成，数 字信号处理器DSP和现场可编程门阵列FPGA之间通过数据线传输控制命令，并采用16位 并行数据线进行数据传输，数字信号处理器DSP计算出三相各个功率单元的占空比，并通 过数据总线传输给现场可编程门阵列FPGA，每片现场可编程门阵列FPGA产生与其对应的 一相功率单元的PWM波形，所述现场可编程门阵列FPGA与该片对应相的各个功率单元之间 通过光纤通讯，光纤的一端连接于现场可编程门阵列FPGA的串口，另一端连接于各功率单 元的光纤接口，现场可编程门阵列FPGA将PWM波传输给功率单元，功率单元将状态和故障 信息回传给现场可编程门阵列FPGA。与现有技术相比，本技术的有益效果是高压变频器采用了本技术的 PWM波发生控制系统后，功率单元直接接收PWM波形，省去了复杂的占空比接收、解码和PWM 波形产生过程，使得功率单元的设计和控制变得更加简单，同时，由于实现了 PWM波形的实 时传输和功率单元的实时控制，也提高了整个高压变频系统响应的实时性。附图说明图1是本技术的系统结构图。图2是本技术电气原理图。具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本技术作进一步说明。本系统直接产生各个下层功率单元所需的PWM波，通过光纤传输给下层功率单 元，功率单元只需直接通过光纤接收PWM波形，实现了功率单元PWM波的即时响应和控制。 如图1所示，本技术包括占空比计算单元1和三个分别与三相对应的内部电路逻辑结 构相同的PWM波产生单元2，占空比计算单元1计算出三相各个功率单元的占空比，将数据 和命令传输到三个PWM波产生单元2，三个PWM波产生单元2通过光纤将PWM波传输给各 自所控制的各功率单元，功率单元将状态信息回传给PWM波产生单元2。具体的，如图2所 示，占空比计算单元由一片数字信号处理器DSP组成，所述PWM波产生单元由三片现场可编 程门阵列FPGA组成，三片现场可编程门阵列FPGA分别对应A、B、C三相，数字信号处理器 DSP和现场可编程门阵列FPGA之间通过数据线传输控制命令，并采用16位并行数据线进行 数据传输，数字信号处理器DSP计算出三相各个功率单元的占空比，并通过数据总线传输 给现场可编程门阵列FPGA，每片现场可编程门阵列FPGA产生与其对应的某相功率单元的 PWM波形。其过程是根据PS-SVPWM算法DSP计算出各相各个功率单元各个桥臂的占空比 值并通过数据线写入FPGA的RAM指定的地址；FPGA根据DSP发出的控制命令从RAM中根 据约定的地址去读出指定功率单元的占空比值，将其与内部的三角载波单元计数值进行比 较，从而产生PWM触发脉冲。三片FPGA芯片分别产生三相功率单元的多路PWM波形，本实 施例中，每片FPGA芯片产生一相8个功率单元的16路PWM波形。同时，由于注意到电力系统三相电是完全对称的互差120°的正弦波形，当产生一相功率单元的PWM波形后，其余两 相的波形只需顺序错开120°即可，也就是说只需占空比计算单元计算时把A、B、C三相的 占空比计算结果错开120°，下发给PWM波形产生单元后，其三相的PWM波形产生过程是完 全一样的。现场可编程门阵列FPGA与该片对应相的各个功率单元之间通过光纤通讯，光纤 的一端连接于现场可编程门阵列FPGA的串口，另一端连接于各功率单元的光纤接口，现场 可编程门阵列FPGA将PWM波传输给功率单元，功率单元将状态和故障信息回传给现场可编 程门阵列FPGA。在PWM波形工作期间，波形为一系列高低电平组成的脉冲信号，最大脉冲宽 度为载波周期，为达到功率单元状态控制要求，设计中将明显与PWM信号有区别的长时间 低电平信号(大于两个载波周期时间宽度)和长时间高电平信号(大于两个载波周期时间 宽度)作为控制信号，每路波形有三种状态长高、长低和PWM波，当送到各个功率单元左右 桥的两路波形都为PWM波时，功率单元正常运行，当两路波形都长高时功率单元旁路，当两 路波形都长低时功率单元待机，其它情况功率单元视为光纤传输故障，由此，本系统实现了 对功率单元的控制。功率单元状态信息的反馈过程是功率单元将自身状态加特征码组成 状态信号，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种级联型高压变频器ＰＷＭ波发生控制系统，其特征在于，包括占空比计算单元（１）和三个分别与三相对应的内部电路逻辑结构相同的ＰＷＭ波产生单元（２），占空比计算单元（１）计算出三相各个功率单元的占空比，将数据和命令传输到三个ＰＷＭ波产生单元（２），三个ＰＷＭ波产生单元（２）通过光纤将ＰＷＭ波传输给各自所控制的各功率单元，功率单元将状态信息回传给ＰＷＭ波产生单元（２）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：鲁加明，吕学山，付军，
申请(专利权)人：镇江华东电力设备制造厂，
类型：实用新型
国别省市：32[中国|江苏]