[实用新型]矩阵式高压变频器的双核数字引擎

说明书

技术领域

本实用新型属于高压变频器硬件设计技术领域，具体涉及一种矩阵式高压变频器双核数字引擎。

背景技术

近年来，随着电气传动技术，特别是变频调速技术的发展，大容量的高压变频调速技术在市场上得到了广泛应用。其中矩阵变换器作为一种直接变换型交-交电力变换装置，具有一些优于传统脉宽调制变频器的特性，即能量双向流通、正弦输入与输出电流、可控的输入功率因数等，非常适合于应用到交流电动机调速领域。在交流调速系统中，使用矩阵式高压变频器驱动异步电动机，一方面能够实现较好的传动性能，另一方面也可以满足日益严格的电网电能质量的要求，最重要的是使用矩阵式高压变频器平均节电可达30%，是非常有效的节能手段，对进一步推广“绿色”节能装置，降低工业单产能耗，具有重要的现实意义。

但是现在高压变频器的控制系统主要是只以DSP（数字信号处理器）为核心的，具有一定的局限性。首先DSP的时序控制能力较弱，其次单纯使用DSP无法适应矩阵式高压变频器对虚拟整流和带前馈补偿SPWM调制的大容量高速计算的需要。

发明内容

本实用新型目的是针对现有技术的不足，运用DSP加FPGA的双核数字引擎来解决现有技术所存在的问题，提供一种矩阵式高压变频器的双核数字引擎。

本实用新型专利解决上述技术问题的技术方案如下：

矩阵式高压变频器双核数字引擎，包括DSP芯片TMS320F28335，FPGA芯片Altera XC3S500E，ARM处理器芯片，内置PLC或智能IO，光纤通信回路， I/O输入输出接口和调理及接口电路。

矩阵式高压变频器通过光纤接口板的串口与FPGA相连， FPGA通过串口分别与DSP和I/O端口连接，I/O端口与外部的高压变频器柜体控制面板相连。ARM通过串口RS485及并行端口HPI与DSP通信，ARM通过串口总线RS485对DSP进行数据传输，ARM还能根据需求通过串口RS232与PLC通信，DSP与调理及接口电路连接，矩阵式高压变频器与电机相连，在电机输出侧进行电压电流检测，并将检测结果反馈给调理及接口电路，由DSP进行处理。FPGA还将收集光纤接口发送回来的矩阵式高压变频器中各单元的故障信息，并与控制板采集到的其他系统故障进行汇总，传送给DSP。在ARM输出端用以太网与上位机进行调试和通讯。

有益效果：（1）使计算机能够采用实时计算的SPWM模式，（2）可以简化核心控制器的设计。（3）控制方式灵活，在不改变硬件电路结构的情况下，通过软件可实现多种SPWM模式，以达到适应矩阵式高压变频器对虚拟整流和带前馈补偿SPWM调制的高速大容量计算的需要。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图。

具体实施方式：

以下结合附图对本实用新型作进一步说明

如图1所示，矩阵式高压变频器双核数字引擎，主控制器包含DSP芯片TMS320F28335，FPGA芯片Altera XC3S500E，ARM处理器芯片，内置PLC或智能IO。配合光纤接口板内的光纤通信回路， I/O输入输出接口，和调理及接口电路。

矩阵式高压变频器通过光纤接口板的串口与FPGA相连，主控制器与高压变频器单元之间通过光纤驱动实现高速串口通讯，通讯速度5Mbps。光纤接口板里的光纤接口电路将FPGA发过来的电信号，经过信号调理后转化成光信号，通过光纤传递给高压变频器内的各单元控制板；高压变频器内的各单元控制板将光信号通过光纤传输到光纤接口板，光纤接口板里的光纤接口电路将光信号转化成电信号传给FPGA。FPGA通过串口又分别与DSP和I/O端口连接，I/O端口与外部的高压变频器柜体控制面板相连。同时ARM通过串口RS485及并行端口HPI与DSP通信，ARM通过串口总线RS485对DSP进行数据传输，通过并口HPI直接访问DSP片内的一段RAM。ARM还能根据需求通过串口RS232与PLC通信。DSP完成电机控制的所有功能并产生数字调制器的三相电压指令给FPGA。另外，DSP检测输入输出电压和电流以提供表计功能（如功率因数，输入功率和谐波计算），输入保护（过流，无功电流过大，欠压和单相）以及输入电压值，用于同步切换的频率和相位角。DSP连接调理及接口电路对检测出来的电压电流进行控制。FPGA根据DSP传来的三相输出电压参考向量，通过SPWM脉宽调制，产生各单元的IGBT开通关断信号，并通过光纤接口电路发送给各单元控制板。矩阵式高压变频器与电机相连，实现变压变频的功能。同时在电机输出侧进行电压电流检测，并将检测结果反馈给调理及接口电路，由DSP进行处理。FPGA还将收集光纤接口发送回来的矩阵式高压变频器中各单元的故障信息，并与控制板采集到的其他系统故障进行汇总，传送给DSP。在ARM输出端用以太网与上位机进行调试和通讯。