專利名稱：矩陣式高壓變頻器的雙核數(shù)字引擎的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于高壓變頻器硬件設(shè)計技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種矩陣式高壓變頻器雙核數(shù)字引擎。
背景技術(shù)：
近年來，隨著電氣傳動技術(shù)，特別是變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，大容量的高壓變頻調(diào)速技術(shù)在市場上得到了廣泛應(yīng)用。其中矩陣變換器作為一種直接變換型交-交電力變換裝置，具有一些優(yōu)于傳統(tǒng)脈寬調(diào)制變頻器的特性，即能量雙向流通、正弦輸入與輸出電流、可控的輸入功率因數(shù)等，非常適合于應(yīng)用到交流電動機(jī)調(diào)速領(lǐng)域。在交流調(diào)速系統(tǒng)中，使用矩陣式高壓變頻器驅(qū)動異步電動機(jī)，一方面能夠?qū)崿F(xiàn)較好的傳動性能，另一方面也可以滿足日益嚴(yán)格的電網(wǎng)電能質(zhì)量的要求，最重要的是使用矩陣式高壓變頻器平均節(jié)電可達(dá)30%，是非常有效的節(jié)能手段，對進(jìn)一步推廣“綠色”節(jié)能裝置，降低工業(yè)單產(chǎn)能耗，具有重要的現(xiàn)實(shí)
眉、ο但是現(xiàn)在高壓變頻器的控制系統(tǒng)主要是只以DSP (數(shù)字信號處理器)為核心的，具有一定的局限性。首先DSP的時序控制能力較弱，其次單純使用DSP無法適應(yīng)矩陣式高壓變頻器對虛擬整流和帶前饋補(bǔ)償SPWM調(diào)制的大容量高速計算的需要。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，運(yùn)用DSP加FPGA的雙核數(shù)字引擎來解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的問題，提供一種矩陣式高壓變頻器的雙核數(shù)字引擎。本實(shí)用新型專利解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下矩陣式高壓變頻器雙核數(shù)字引擎，包括DSP芯片TMS320F283;35，F(xiàn)PGA芯片Altera XC3S500E, ARM處理器芯片，內(nèi)置PLC或智能10，光纖通信回路，I/O輸入輸出接口和調(diào)理及接口電路。矩陣式高壓變頻器通過光纖接口板的串口與FPGA相連，F(xiàn)PGA通過串口分別與 DSP和I/O端口連接，I/O端口與外部的高壓變頻器柜體控制面板相連。ARM通過串口 RS485 及并行端口 HPI與DSP通信，ARM通過串口總線RS485對DSP進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，ARM還能根據(jù)需求通過串口 RS232與PLC通信，DSP與調(diào)理及接口電路連接，矩陣式高壓變頻器與電機(jī)相連，在電機(jī)輸出側(cè)進(jìn)行電壓電流檢測，并將檢測結(jié)果反饋給調(diào)理及接口電路，由DSP進(jìn)行處理。FPGA還將收集光纖接口發(fā)送回來的矩陣式高壓變頻器中各單元的故障信息，并與控制板采集到的其他系統(tǒng)故障進(jìn)行匯總，傳送給DSP。在ARM輸出端用以太網(wǎng)與上位機(jī)進(jìn)行調(diào)試禾口通訊。有益效果(1)使計算機(jī)能夠采用實(shí)時計算的SPWM模式，(2)可以簡化核心控制器的設(shè)計。(3)控制方式靈活，在不改變硬件電路結(jié)構(gòu)的情況下，通過軟件可實(shí)現(xiàn)多種SPWM 模式，以達(dá)到適應(yīng)矩陣式高壓變頻器對虛擬整流和帶前饋補(bǔ)償SPWM調(diào)制的高速大容量計
算的需要。
圖1為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明如圖1所示，矩陣式高壓變頻器雙核數(shù)字引擎，主控制器包含DSP芯片 TMS320F28335, FPGA芯片Altera XC3S500E, ARM處理器芯片，內(nèi)置PLC或智能10。配合光纖接口板內(nèi)的光纖通信回路，I/O輸入輸出接口，和調(diào)理及接口電路。矩陣式高壓變頻器通過光纖接口板的串口與FPGA相連，主控制器與高壓變頻器單元之間通過光纖驅(qū)動實(shí)現(xiàn)高速串口通訊，通訊速度5Mbps。光纖接口板里的光纖接口電路將FPGA發(fā)過來的電信號，經(jīng)過信號調(diào)理后轉(zhuǎn)化成光信號，通過光纖傳遞給高壓變頻器內(nèi)的各單元控制板；高壓變頻器內(nèi)的各單元控制板將光信號通過光纖傳輸?shù)焦饫w接口板，光纖接口板里的光纖接口電路將光信號轉(zhuǎn)化成電信號傳給FPGA。FPGA通過串口又分別與DSP和 I/O端口連接，I/O端口與外部的高壓變頻器柜體控制面板相連。同時ARM通過串口 RS485 及并行端口 HPI與DSP通信，ARM通過串口總線RS485對DSP進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，通過并口 HPI 直接訪問DSP片內(nèi)的一段RAM。ARM還能根據(jù)需求通過串口 RS232與PLC通信。DSP完成電機(jī)控制的所有功能并產(chǎn)生數(shù)字調(diào)制器的三相電壓指令給FPGA。另外，DSP檢測輸入輸出電壓和電流以提供表計功能(如功率因數(shù)，輸入功率和諧波計算)，輸入保護(hù)(過流，無功電流過大，欠壓和單相)以及輸入電壓值，用于同步切換的頻率和相位角。DSP連接調(diào)理及接口電路對檢測出來的電壓電流進(jìn)行控制。FPGA根據(jù)DSP傳來的三相輸出電壓參考向量，通過 SPWM脈寬調(diào)制，產(chǎn)生各單元的IGBT開通關(guān)斷信號，并通過光纖接口電路發(fā)送給各單元控制板。矩陣式高壓變頻器與電機(jī)相連，實(shí)現(xiàn)變壓變頻的功能。同時在電機(jī)輸出側(cè)進(jìn)行電壓電流檢測，并將檢測結(jié)果反饋給調(diào)理及接口電路，由DSP進(jìn)行處理。FPGA還將收集光纖接口發(fā)送回來的矩陣式高壓變頻器中各單元的故障信息，并與控制板采集到的其他系統(tǒng)故障進(jìn)行匯總，傳送給DSP。在ARM輸出端用以太網(wǎng)與上位機(jī)進(jìn)行調(diào)試和通訊。
權(quán)利要求1.矩陣式高壓變頻器雙核數(shù)字引擎，其特征在于該引擎包括DSP芯片TMS320F28335， FPGA芯片Altera XC3S500E, ARM處理器芯片，內(nèi)置可編程邏輯器件PLC或智能10，光纖通信回路，I/O輸入輸出接口和調(diào)理及接口電路；矩陣式高壓變頻器通過光纖接口板的串口與FPGA相連，F(xiàn)PGA通過串口又分別與DSP 和I/O端口連接，I/O端口與外部的高壓變頻器柜體控制面板相連，ARM通過串口 RS485及并行端口 HPI與DSP通信，ARM通過串口總線RS485對DSP進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，ARM還能根據(jù)需求通過串口 RS232與PLC通信，DSP與調(diào)理及接口電路連接，矩陣式高壓變頻器與電機(jī)相連， 在電機(jī)輸出側(cè)進(jìn)行電壓電流檢測，并將檢測結(jié)果反饋給調(diào)理及接口電路，由DSP進(jìn)行處理， FPGA還將收集光纖接口發(fā)送回來的矩陣式高壓變頻器中各單元的故障信息，并與控制板采集到的其他系統(tǒng)故障進(jìn)行匯總，傳送給DSP，在ARM輸出端用以太網(wǎng)與上位機(jī)進(jìn)行調(diào)試和通訊。
專利摘要本實(shí)用新型公布了一種矩陣式高壓變頻器雙核數(shù)字引擎，本實(shí)用新型中矩陣式高壓變頻器通過光纖接口板的串口與FPGA相連，F(xiàn)PGA通過串口分別與DSP和I/O端口連接，I/O端口與控制面板相連。ARM與DSP通信并進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，ARM與PLC通信，DSP與調(diào)理及接口電路連接，矩陣式高壓變頻器與電機(jī)相連，在電機(jī)輸出側(cè)進(jìn)行電壓電流檢測，并將檢測結(jié)果反饋，由DSP進(jìn)行處理。FPGA還將收集故障信息，與控制板采集到的其他系統(tǒng)故障進(jìn)行匯總，傳送給DSP。在ARM輸出端用以太網(wǎng)與上位機(jī)進(jìn)行調(diào)試和通訊。本實(shí)用新型能夠簡化核心控制器，適應(yīng)矩陣式高壓變頻器對虛擬整流和帶前饋補(bǔ)償SPWM調(diào)制的高速大容量計算的需要。
文檔編號G05B19/042GK202257147SQ201120412380
公開日2012年5月30日 申請日期2011年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月26日
發(fā)明者劉棟良, 張遙, 武瑞斌, 鄭謝輝 申請人:杭州電子科技大學(xué)