[实用新型]一种级联型高压变频器的控制系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种级联型逆变器控制系统，尤其涉及一种具有记忆输出功能和后备故障处理功能的级联型逆变器控制系统，属于中高压电动机变频调速装置领域。

背景技术

级联型高压变频器已经成为高压变频器领域的一类重要产品，由于其输入、输出波形谐波含量少，以及其模块化设计，已经在高压大功率调速场合获得了广泛的应用。但是，一方面由于其功率模块众多，其控制系统比较复杂；另一方面，级联型高压变频器大多用在重要设备的驱动场合，对其控制系统的可靠性要求较高。

级联型高压变频器采用功率单元串联的方式获得高压输出，每个功率单元采用模块化设计，可以互相替换，区别在于控制每个功率单元的PWM信号不同，即载波移相控制。由于功率单元数量较多，因而需要主控系统提供较多的PWM控制信号。以6级/6kV级联变频器为例，每一相包含有6个功率单元，三相共18个功率单元，需要主控系统提供18路PWM控制信号，而DSP一般最多只能提供12路PWM信号，因而级联型变频器需要解决功率单元控制信号的产生问题。

级联型高压变频器的控制系统产生PWM信号的方式主要有基于计时芯片方式和基于复杂可编程逻辑器件(CPLD或FPGA)方式。

采用计时芯片方式，由DSP完成正弦调制波和三角载波的比较，产生PWM控制波形，利用计时芯片实现PWM信号的移相，需要较多的计时芯片，以10级级联变频器控制系统为例，主控系统需要20片计时芯片，增加了控制系统成本和电路板面积，同时当DSP故障时，系统必须停机，可靠性不高。

基于复杂可编程逻辑器件(CPLD或FPGA)方式，有两种控制方式：

1)DSP完成正弦调制波和三角载波的比较，输出高低电平的持续时间给可编程逻辑器件，利用可编程逻辑器件的计时功能实现PWM信号的移相；

2)DSP输出调制正弦波信号给可编程逻辑器件，利用可编程逻辑器件的计时功能产生经过移相的各路三角载波，并与正弦调制波比较，输出各路PWM控制信号。相对于采用计时芯片的方式，这两种方式都实现了减少芯片数量和电路板面积的目标，但仍然无法解决DSP故障时系统停机的问题。并且采用CPLD时，受逻辑单元数量的限制，一般也需要三片甚至更多CPLD芯片。

本实用新型对于以上的问题，进行了有益的改进。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种简单、可靠、实用、灵活的级联型变频器控制系统。

本实用新型所要解决的另一个技术问题在于提供一种具有记忆输出功能和后备故障处理功能的级联型变频器控制系统。

为了解决上述存在的问题，本实用新型采用以下技术方案：

一种级联型逆变器的控制系统，包括级联型电压源逆变器，级联型电压源逆变器内设置多个功率单元，其特征在于：所述各功率单元分别通过控制光纤与现场可编程门阵列(FPGA)相连，所述现场可编程门阵列与主控CPU相连。

前述的级联型高压变频器控制系统，其特征在于：所述主控CPU为数字信号处理器(DSP)。

如上所述的级联型逆变器的控制系统，其特征在于：所述的级联型电压源逆变器，采用功率单元移相串联的电路拓扑，所述功率单元为绝缘栅双极型晶体管的电压源型逆变器单元。

前述的级联型高压变频器控制系统，其特征在于：所述可编程门阵列包括以下各功能单元：

CPU状态监视器：用于接收主控CPU向FPGA定时发送的状态脉冲信号，判断主控CPU的工作状态；

状态存储器：用于存储变频器的故障状态、旁路状态和运行频率信息；

双口RAM：用于接收并保存主控CPU发送的三相调制波信号数据，供FPGA读取并进行比较以产生PWM控制脉冲；同时主控CPU可通过双口RAM读取FPGA中的状态存储器的信息；

正弦波地址发生器：接收运行频率信息和主控CPU的状态信息；接收到CPU状态异常信号后，根据运行频率信息产生地址，从双口RAM中读取数据进入缓存；

三角波发生器：根据状态存储器内的故障信息和旁路信息，产生不同相位的多路三角载波信号，并输入比较器；

缓存：用于从双口RAM中读取数据；

比较器：比较缓存中的调制波信号与三角载波信号，产生控制功率单元功率开关通断的SPWM信号；

通讯信号转换器：接收后备故障处理器的控制，将比较器产生的并行SPWM信号转换为适合光纤发送的串行信号。