[发明专利]一种基于FPGA的同步电动机励磁系统

说明书

技术领域

本发明属于同步电动机励磁技术领域。具体涉及一种基于FPGA的同步电动机励磁系统。

背景技术

早期的同步电动机励磁装置采用电阻、电容和晶体管等组成的模拟电路构成控制系统，其性能取决于产品的设计、材料和制作工艺，且参数整定繁琐。由于采用了大量的模拟元件，系统稳定性较低，且易受环境温度影响，同时也增大了检查和排除故障的难度。

随着电力电子技术的发展和微机技术在工业自动化中的广泛应用，基于PLC和单片机的全数字同步电动机励磁装置应运而生。这些装置大多采用PLC模块作为主控单元，辅以单片机为核心的控制电路作为执行装置和故障监测单元，大大提高了励磁装置的稳定性。但是由于单片机所构成的系统由较多的元器件组成，易受环境干扰，易出现程序跑飞的情况，使得控制系统的稳定性难以进一步提升。另外，以PLC作为主控单元，也不可避免地提高了励磁装置的成本。

发明内容

本发明旨在克服上述技术的缺陷，目的是提供一种低成本、高稳定性和高集成度的励磁控制装置。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案是：该系统包括电源模块、同步电路模块、串口通信模块、整流桥模块、励磁控制器、灭磁回路模块、转差频率检测模块、分流器、A/D采样模块、电压互感器、故障检测及保护模块和电流互感器。

励磁控制器与同步电路模块、串口通信模块、整流桥模块、灭磁回路模块、转差频率检测模块、A/D采样模块和故障检测及保护模块分别连接；电源模块与同步电路模块、串口通信模块、整流桥模块、励磁控制器、灭磁回路模块、转差频率检测模块、A/D采样模块和故障检测及保护模块分别连接；串口通信模块外接上位机；同步电动机、电源模块、整流桥模块和故障检测及保护模块分别外接三相交流电源；整流桥模块、灭磁回路模块和转差频率检测模块经过分流器与同步电动机转子端连接；分流器与A/D采样模块连接；电压互感器的原边和电流互感器的原边连接在定子断路器与同步电动机定子端相连的三相交流电源导线上，电压互感器的副边和电流互感器的副边与A/D采样模块连接；故障检测及保护模块外接定子断路器；励磁控制软件嵌入在励磁控制器中。

所述的电源模块的输入端A、B和C与380V三相交流电源对应连接，电源模块的电压输出端24V和地线端GND分别与整流桥模块和灭磁回路模块的电压输入端VCC24和地线端GND对应连接；电源模块的电压输出端12V和地线端GND与A/D采样模块的电压输入端VCC12和地线端GND对应连接，电源模块的电压输出端3V3和地线端GND分别与的同步电路模块、串口通信模块、励磁控制器、转差频率检测模块、A/D采样模块和故障检测及保护模块的电压输入端VCC3V3和地线端GND对应连接；电源模块的电压输出端1V2与励磁控制器的电压输入端VCC1V2连接；电源模块的三相同步输出端P_SA、P_SB和P_SC与同步电路模块的三相同步输入端S_SA、S_SB和S_SC对应连接。

所述的串口通信模块的数据发送端U_TX和数据接收端U_RX与励磁控制器连接，串口通信模块的数据发送端U_TXD和数据接收端U_RXD与上位机的数据接收端J_RXD和数据发送端J_TXD对应连接。

所述的整流桥模块由整流桥驱动电路和整流桥电路组成；整流桥驱动电路的输出端DG1、DG2、DG3、DG4、DG5和DG6与整流桥电路的输入端B_DG1、B_DG2、B_DG3、B_DG4、B_DG5和B_DG6对应连接，整流桥驱动电路的输出端VCC24与整流桥电路的输入端B_DK1、B_DK2、B_DK3、B_DK4、B_DK5和B_DK6分别连接；整流桥电路的输入端B_A、B_B和B_C与380V三相交流电源对应连接，整流桥电路的输出端B_G1经过分流器与同步电动机的转子端M_G1连接，整流桥电路的输出端B_G2与同步电动机的转子端M_G2连接，整流桥驱动电路的输入端B_TR1、B_TR2、B_TR3、B_TR4、B_TR5和B_TR6与励磁控制器分别连接。

所述的励磁控制器集成在一片FPGA芯片中，由三相桥式整流触发单元、串口通信单元、PID控制单元、A/D控制单元、故障检测及保护单元、灭磁控制单元、投励控制单元和频率检测单元组成，励磁控制器中的各个单元均用硬件描述语言Verilog HDL编程生成。