CN102355178A - 一种基于fpga的同步电动机励磁系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于FPGA的同步电动机励磁系统。其方案是：励磁控制器(5)与同步电路模块(2)、串口通信模块(3)、整流桥模块(4)、灭磁回路模块(6)、转差频率检测模块(7)、A/D采样模块(9)和故障检测及保护模块(11)分别连接，整流桥模块(4)、灭磁回路模块(6)和转差频率检测模块(7)经过分流器(8)与同步电动机转子端连接，分流器(8)与A/D采样模块(9)连接，电压互感器(10)和电流互感器(12)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(10)和电流互感器(12)的副边与A/D采样模块(9)连接；故障检测及保护模块(11)外接定子断路器；励磁控制软件嵌入在励磁控制器(5)中。本发明具有高集成度、高可靠性、低成本的特点。

Description

一种基于FPGA的同步电动机励磁系统

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。

三相桥式整流触发单元的输入端alfa[15..0]与PID控制单元的输出端P_alfa[15..0]对应连接，三相桥式整流触发单元的输入端QL与故障检测及保护单元的输出端DF_QL连接，三相桥式整流触发单元的输入端beta与灭磁控制单元的输出端M_beta连接，三相桥式整流触发单元的输入端QY与投励控制单元的输出端T_QY连接，串口通信单元的输出端KP[15..0]、KI[15..0]、KD[15..0]、GIVEN[15..0]和STATUS与PID控制单元的输入端P_KP[15..0]、P_KI[15..0]、P_KD[15..0]、P_GIVEN[15..0]和P_STATUS对应连接，A/D控制单元的输出端P[11..0]与PID控制单元的输入端P_P[11..0]连接，A/D控制单元的输出端IQ[11..0]分别与PID控制单元的输入端P_IQ[11..0]和故障检测及保护单元的输入端DF_IQ[11..0]连接，故障检测及保护单元的输出端DF_NM与灭磁控制单元的输入端NM连接，灭磁控制单元的输入端ZM与投励控制单元的输出端T_ZM连接，频率检测单元的输出端TL与投励控制单元的输入端T_TL连接。

三相桥式整流触发单元的输入端TA、TB和TC与同步电路模块的输出端S_TA、S_TB和S_TC对应连接，三相桥式整流触发单元的输出端TR1、TR2、TR3、TR4、TR5和TR6分别与整流桥模块连接，串口通信单元的输入端RXD和输出端TXD与串口通信模块的输出端U_TX和输入端U_RX对应连接，A/D控制单元的输入端DOUT与A/D采样模块连接，A/D控制单元的输出端DIN、SCLK和CS与A/D采样模块连接，故障检测及保护单元的输入端SY与故障检测及保护模块连接，故障检测及保护单元的输出端SEG[6..0]、FAULT与故障检测及保护模块连接，灭磁控制单元的输出端MJ与灭磁回路模块的输入端G_MJ连接，频率检测单元的输入端QZ与转差频率检测模块的输出端F_QZ连接。

所述的灭磁回路模块的继电器控制信号输入端G_MJ与励磁控制器连接，灭磁回路模块的输入端G_G1经过分流器与同步电动机的转子端M_G1连接，灭磁回路模块的输入端G_G2与同步电动机的转子端M_G2连接。

所述的转差频率检测模块的输入端F_G1经过分流器与同步电动机的转子端M_G1连接，转差频率检测模块的输入端F_G2与同步电动机的转子端M_G2连接，转差频率检测模块的输出端F_QZ与励磁控制器连接。

所述的A/D采样模块由A/D转换电路、定子功率因数检测电路和转子电流检测电路组成；定子功率因数检测电路的输出端C_P与A/D转换电路的输入端CH0连接，转子电流检测电路的输出端C_F与A/D转换电路的输入端CH1连接。

定子功率因数检测电路的输入端C_B和C_C通过电压互感器与同步电动机的定子端M_B和M_C对应连接，定子功率因数检测电路的输入端C_A1和C_A2与电流互感器连接，穿过电流互感器的三相交流电源导线与同步电动机的定子端M_A连接，转子电流检测电路的输入端C_G1和C_G2分别与分流器的输出端连接，分流器的输入端串联在同步电动机的转子端M_G2与整流桥模块之间，A/D转换电路的输入端C_CS、C_SCLK和C_DIN与励磁控制器连接，A/D转换电路的输出端C_DOUT与励磁控制器连接。

所述的故障检测及保护模块包括故障保护电路和故障检测电路；故障检测电路的输入端D_A、D_B和D_C与同步电动机的定子端M_A、M_B和M_C对应连接，故障检测电路的输出端D_SY与励磁控制器连接；故障保护电路的输入端D_SEG[6..0]和D_FAULT与励磁控制器连接，故障保护电路的输出端D_STOP和GND与定子断路器的输入端STOP和SGND对应连接。

所述的励磁控制软件的主流程是：

S-1，开始，进入S-2；

S-2，判断同步电动机是否起动，若起动则进入S-3，若未起动则返回S-1；

S-3，接入灭磁回路，进入S-4；

S-4，检测同步电动机的转差频率，进入S-5；

S-5，判断同步电动机起动是否超时，若超时则进入S-6，若未超时则进入S-7；

S-6，同步电动机起动超时报警，返回S-2；

S-7，判断同步电动机转速是否达到亚同步转速，若达到则进入S-8，若未达到则返回S-4；

S-8，判断同步电动机是否停止，若停止则进入S-13，若未停止则进入S-9；

S-9，断开灭磁回路，进入S-10；

S-10，励磁控制器输出触发脉冲，进入S-11；

S-11，检测转子电流和定子功率因数，进入S-12；

S-12，同步电动机的转子电流和定子功率因数PID调节，返回S-8；

S-13，励磁控制器进入送推β时间逆变状态，进入S-14；

S-14，判断送推β时间是否到达，若到达则进入S-16，若未到达则进入S-15；

S-15，励磁控制器输出逆变脉冲，返回S-14；

S-16，结束。

由于采用上述技术方案，本发明中以现场可编程门阵列(FPGA)作为同步电动机励磁系统的控制芯片，替换了复杂的PLC和单片机系统，提高了同步电动机励磁系统的集成度和稳定性。另外，由于FPGA是专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制芯片，具有高精度、低功耗和低成本等特点，使得基于FPGA的同步电动机励磁系统在保证快速响应的条件下进一步降低了成本。

附图说明

图1是本发明的一种总体结构示意框图；

图2是电源模块1的结构示意图；

图3是励磁控制器5的结构示意图；

图4是串口通信模块3的结构示意图；

图5是整流桥模块4的结构示意图；

图6是灭磁回路模块6的结构示意图；

图7是转差频率检测模块7的结构示意图；

图8是A/D采样模块9的结构示意图；

图9是故障检测及保护模块11的结构示意图；

图10是基于FPGA的同步电动机励磁系统的励磁控制软件流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的描述，并非对本发明保护范围的限制。

一种基于FPGA的同步电动机励磁系统如图1所示，该系统包括电源模块1、同步电路模块2、串口通信模块3、整流桥模块4、励磁控制器5、灭磁回路模块6、转差频率检测模块7、分流器8、A/D采样模块9、电压互感器10、故障检测及保护模块11和电流互感器12。

励磁控制器5与同步电路模块2、串口通信模块3、整流桥模块4、灭磁回路模块6、转差频率检测模块7、A/D采样模块9和故障检测及保护模块11分别连接；电源模块1与同步电路模块2、串口通信模块3、整流桥模块4、励磁控制器5、灭磁回路模块6、转差频率检测模块7、A/D采样模块9和故障检测及保护模块11分别连接；串口通信模块3外接上位机；同步电动机、电源模块1、整流桥模块4和故障检测及保护模块11分别外接三相交流电源；整流桥模块4、灭磁回路模块6和转差频率检测模块7经过分流器8与同步电动机转子端连接；分流器8与A/D采样模块9连接；电压互感器10的原边和电流互感器12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10的副边和电流互感器12的副边与A/D采样模块9连接；故障检测及保护模块11外接定子断路器；励磁控制软件嵌入在励磁控制器5中。

电源模块1如图2所示，电源模块1的输入端A、B和C与380V三相交流电源对应连接，电源模块1的电压输出端24V和地线端GND分别与整流桥模块4和灭磁回路模块6的电压输入端VCC24和地线端GND对应连接；电源模块1的电压输出端12V和地线端GND与A/D采样模块9的电压输入端VCC12和地线端GND对应连接，电源模块1的电压输出端3V3和地线端GND分别与的同步电路模块2、串口通信模块3、励磁控制器5、转差频率检测模块7、A/D采样模块9和故障检测及保护模块11的电压输入端VCC3V3和地线端GND对应连接；电源模块1的电压输出端1V2与励磁控制器5的电压输入端VCC1V2连接；电源模块1的三相同步输出端P_SA、P_SB和P_SC与同步电路模块2的三相同步输入端S_SA、S_SB和S_SC对应连接。

串口通信模块3如图4所示，串口通信模块3的数据发送端U_TX和数据接收端U_RX与励磁控制器5连接，串口通信模块3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。

整流桥模块4如图5所示，整流桥模块4由整流桥驱动电路4.1和整流桥电路4.2组成。整流桥驱动电路4.1的输出端DG1、DG2、DG3、DG4、DG5和DG6与整流桥电路4.2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4.1的输出端VCC24与整流桥电路4.2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4.2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4.2的输出端B_G1经过分流器8与同步电动机的转子端M_G1连接，整流桥电路4.2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4.1的输入端B_TR1、B_TR2、B_TR3、B_TR4、B_TR5和B_TR6与励磁控制器5分别连接。

励磁控制器5如图3所示，励磁控制器5集成在一片FPGA芯片中，由三相桥式整流触发单元5.1、串口通信单元5.2、PID控制单元5.3、A/D控制单元5.4、故障检测及保护单元5.5、灭磁控制单元5.6、投励控制单元5.7和频率检测单元5.8组成，励磁控制器5中的各个单元均用硬件描述语言Verilog HDL编程生成。

三相桥式整流触发单元5.1的输入端alfa[15..0]与PID控制单元5.3的输出端P_alfa[15..0]对应连接，三相桥式整流触发单元5.1的输入端QL与故障检测及保护单元5.5的输出端DF_QL连接，三相桥式整流触发单元5.1的输入端beta与灭磁控制单元5.6的输出端M_beta连接，三相桥式整流触发单元5.1的输入端QY与投励控制单元5.7的输出端T_QY连接，串口通信单元5.2的输出端KP[15..0]、KI[15..0]、KD[15..0]、GIVEN[15..0]和STATUS与PID控制单元5.3的输入端P_KP[15..0]、P_KI[15..0]、P_KD[15..0]、P_GIVEN[15..0]和P_STATUS对应连接，A/D控制单元5.4的输出端P[11..0]与PID控制单元5.3的输入端P_P[11..0]连接，A/D控制单元5.4的输出端IQ[11..0]分别与PID控制单元5.3的输入端P_IQ[11..0]和故障检测及保护单元5.5的输入端DF_IQ[11..0]连接，故障检测及保护单元5.5的输出端DF_NM与灭磁控制单元5.6的输入端NM连接，灭磁控制单元5.6的输入端ZM与投励控制单元5.7的输出端T_ZM连接，频率检测单元5.8的输出端TL与投励控制单元5.7的输入端T_TL连接。

三相桥式整流触发单元5.1的输入端TA、TB和TC与同步电路模块2的输出端S_TA、S_TB和S_TC对应连接，三相桥式整流触发单元5.1的输出端TR1、TR2、TR3、TR4、TR5和TR6分别与整流桥模块4连接，串口通信单元5.2的输入端RXD和输出端TXD与串口通信模块3的输出端U_TX和输入端U_RX对应连接，A/D控制单元5.4的输入端DOUT与A/D采样模块9连接，A/D控制单元5.4的输出端DIN、SCLK和CS与A/D采样模块9连接，故障检测及保护单元5.5的输入端SY与故障检测及保护模块11连接，故障检测及保护单元5.5的输出端SEG[6..0]、FAULT与故障检测及保护模块11连接，灭磁控制单元5.6的输出端MJ与灭磁回路模块6的输入端G_MJ连接，频率检测单元5.8的输入端QZ与转差频率检测模块7的输出端F_QZ连接。

灭磁回路模块6如图6所示，灭磁回路模块6的继电器控制信号输入端G_MJ与励磁控制器5连接，灭磁回路模块6的输入端G_G1经过分流器8与同步电动机的转子端M_G1连接，灭磁回路模块6的输入端G_G2与同步电动机的转子端M_G2连接。

转差频率检测模块7如图7所示，转差频率检测模块7的输入端F_G1经过分流器8与同步电动机的转子端M_G1连接，转差频率检测模块7的输入端F_G2与同步电动机的转子端M_G2连接，转差频率检测模块7的输出端F_QZ与励磁控制器5连接。

A/D采样模块9如图8所示，A/D采样模块9由A/D转换电路9.1、定子功率因数检测电路9.2和转子电流检测电路9.3组成；定子功率因数检测电路9.2的输出端C_P与A/D转换电路9.1的输入端CH0连接，转子电流检测电路9.3的输出端C_F与A/D转换电路9.1的输入端CH1连接。

定子功率因数检测电路9.2的输入端C_B和C_C通过电压互感器10与同步电动机的定子端M_B和M_C对应连接，定子功率因数检测电路9.2的输入端C_A1和C_A2与电流互感器12连接，穿过电流互感器12的三相交流电源导线与同步电动机的定子端M_A连接，转子电流检测电路9.3的输入端C_G1和C_G2分别与分流器8的输出端连接，分流器8的输入端串联在同步电动机的转子端M_G2与整流桥模块4之间，A/D转换电路9.1的输入端C_CS、C_SCLK和C_DIN与励磁控制器5连接，A/D转换电路9.1的输出端C_DOUT与励磁控制器5连接。

故障检测及保护模块11如图9所示，故障检测及保护模块11包括故障保护电路11.1和故障检测电路11.2。故障检测电路11.2的输入端D_A、D_B和D_C与同步电动机的定子端M_A、M_B和M_C对应连接，故障检测电路11.2的输出端D_SY与励磁控制器5连接；故障保护电路11.1的输入端D_SEG[6..0]和D_FAULT与励磁控制器5连接，故障保护电路11.1的输出端D_STOP和GND与定子断路器的输入端STOP和SGND对应连接。

本实施例所示的励磁控制软件的主流程如图10所示：

S-1，开始，进入S-2；

S-2，判断同步电动机是否起动，若起动则进入S-3，若未起动则返回S-1；

S-3，接入灭磁回路6，进入S-4；

S-4，检测同步电动机的转差频率，进入S-5；

S-5，判断同步电动机起动是否超时，若超时则进入S-6，若未超时则进入S-7；

S-6，同步电动机起动超时报警，返回S-2；

S-7，判断同步电动机转速是否达到亚同步转速，若达到则进入S-8，若未达到则返回S-4；

S-8，判断同步电动机是否停止，若停止则进入S-13，若未停止则进入S-9；

S-9，断开灭磁回路6，进入S-10；

S-10，励磁控制器5输出触发脉冲，进入S-11；

S-11，检测转子电流和定子功率因数，进入S-12；

S-12，同步电动机的转子电流和定子功率因数PID调节，返回S-8；

S-13，励磁控制器进入送推β时间逆变状态，进入S-14；

S-14，判断送推β时间是否到达，若到达则进入S-16，若未到达则进入S-15；

S-15，励磁控制器5输出逆变脉冲，返回S-14；

S-16，结束。

本具体实施方式中以现场可编程门阵列(FPGA)作为同步电动机励磁系统的控制芯片，替换了复杂的PLC和单片机系统，提高了同步电动机励磁系统的集成度和稳定性。另外，由于FPGA是专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制芯片，具有高精度、低功耗和低成本等特点，使得基于FPGA的同步电动机励磁系统在保证快速响应的条件下进一步降低了成本。

Claims (10)

1.一种基于FPGA的同步电动机励磁系统，其特征在于该系统包括电源模块(1)、同步电路模块(2)、串口通信模块(3)、整流桥模块(4)、励磁控制器(5)、灭磁回路模块(6)、转差频率检测模块(7)、分流器(8)、A/D采样模块(9)、电压互感器(10)、故障检测及保护模块(11)和电流互感器(12)；

励磁控制器(5)与同步电路模块(2)、串口通信模块(3)、整流桥模块(4)、灭磁回路模块(6)、转差频率检测模块(7)、A/D采样模块(9)和故障检测及保护模块(11)分别连接；电源模块(1)与同步电路模块(2)、串口通信模块(3)、整流桥模块(4)、励磁控制器(5)、灭磁回路模块(6)、转差频率检测模块(7)、A/D采样模块(9)和故障检测及保护模块(11)分别连接；串口通信模块(3)外接上位机；同步电动机、电源模块(1)、整流桥模块(4)和故障检测及保护模块(11)分别外接三相交流电源；整流桥模块(4)、灭磁回路模块(6)和转差频率检测模块(7)经过分流器(8)与同步电动机转子端连接；分流器(8)与A/D采样模块(9)连接；电压互感器(10)的原边和电流互感器(12)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(10)的副边和电流互感器(12)的副边与A/D采样模块(9)连接；故障检测及保护模块(11)外接定子断路器；励磁控制软件嵌入在励磁控制器(5)中。

2.根据权利要求1所述的基于FPGA的同步电动机励磁系统，其特征在于所述的电源模块(1)的输入端A、B和C与380V三相交流电源对应连接，电源模块(1)的电压输出端24V和地线端GND分别与整流桥模块(4)和灭磁回路模块(6)的电压输入端VCC24和地线端GND对应连接；电源模块(1)的电压输出端12V和地线端GND与A/D采样模块(9)的电压输入端VCC12和地线端GND对应连接，电源模块(1)的电压输出端3V3和地线端GND分别与的同步电路模块(2)、串口通信模块(3)、励磁控制器(5)、转差频率检测模块(7)、A/D采样模块(9)和故障检测及保护模块(11)的电压输入端VCC3V3和地线端GND对应连接；电源模块(1)的电压输出端1V2与励磁控制器(5)的电压输入端VCC1V2连接；电源模块(1)的三相同步输出端P_SA、P_SB和P_SC与同步电路模块(2)的三相同步输入端S_SA、S_SB和S_SC对应连接。

3.根据权利要求1所述的基于FPGA的同步电动机励磁系统，其特征在于所述的串口通信模块(3)的数据发送端U_TX和数据接收端U_RX与励磁控制器(5)连接，串口通信模块(3)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。

4.根据权利要求1所述的基于FPGA的同步电动机励磁系统，其特征在于所述的整流桥模块(4)由整流桥驱动电路(4.1)和整流桥电路(4.2)组成；整流桥驱动电路(4.1)的输出端DG1、DG2、DG3、DG4、DG5和DG6与整流桥电路(4.2)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(4.1)的输出端VCC24与整流桥电路(4.2)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(4.2)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(4.2)的输出端B_G1经过分流器(8)与同步电动机的转子端M_G1连接，整流桥电路(4.2)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(4.1)的输入端B_TR1、B_TR2、B_TR3、B_TR4、B_TR5和B_TR6与励磁控制器(5)分别连接。

5.根据权利要求1所述的基于FPGA的同步电动机励磁系统，其特征在于所述的励磁控制器(5)集成在一片FPGA芯片中，由三相桥式整流触发单元(5.1)、串口通信单元(5.2)、PID控制单元(5.3)、A/D控制单元(5.4)、故障检测及保护单元(5.5)、灭磁控制单元(5.6)、投励控制单元(5.7)和频率检测单元(5.8)组成，励磁控制器(5)中的各个单元均用硬件描述语言VerilogHDL编程生成；

三相桥式整流触发单元(5.1)的输入端alfa[15..0]与PID控制单元(5.3)的输出端P_alfa[15..0]对应连接，三相桥式整流触发单元(5.1)的输入端QL与故障检测及保护单元(5.5)的输出端DF_QL连接，三相桥式整流触发单元(5.1)的输入端beta与灭磁控制单元(5.6)的输出端M_beta连接，三相桥式整流触发单元(5.1)的输入端QY与投励控制单元(5.7)的输出端T_QY连接，串口通信单元(5.2)的输出端KP[15..0]、KI[15..0]、KD[15..0]、GIVEN[15..0]和STATUS与PID控制单元(5.3)的输入端P_KP[15..0]、P_KI[15..0]、P_KD[15..0]、P_GIVEN[15..0]和P_STATUS对应连接，A/D控制单元(5.4)的输出端P[11..0]与PID控制单元(5.3)的输入端P_P[11..0]连接，A/D控制单元(5.4)的输出端IQ[11..0]分别与PID控制单元(5.3)的输入端P_IQ[11..0]和故障检测及保护单元(5.5)的输入端DF_IQ[11..0]连接，故障检测及保护单元(5.5)的输出端DF_NM与灭磁控制单元(5.6)的输入端NM连接，灭磁控制单元(5.6)的输入端ZM与投励控制单元(5.7)的输出端T_ZM连接，频率检测单元(5.8)的输出端TL与投励控制单元(5.7)的输入端T_TL连接；

三相桥式整流触发单元(5.1)的输入端TA、TB和TC与同步电路模块(2)的输出端S_TA、S_TB和S_TC对应连接，三相桥式整流触发单元(5.1)的输出端TR1、TR2、TR3、TR4、TR5和TR6分别与整流桥模块(4)连接，串口通信单元(5.2)的输入端RXD和输出端TXD与串口通信模块(3)的输出端U_TX和输入端U_RX对应连接，A/D控制单元(5.4)的输入端DOUT与A/D采样模块(9)连接，A/D控制单元(5.4)的输出端DIN、SCLK和CS与A/D采样模块(9)连接，故障检测及保护单元(5.5)的输入端SY与故障检测及保护模块(11)连接，故障检测及保护单元(5.5)的输出端SEG[6..0]、FAULT与故障检测及保护模块(11)连接，灭磁控制单元(5.6)的输出端MJ与灭磁回路模块(6)的输入端G_MJ连接，频率检测单元(5.8)的输入端QZ与转差频率检测模块(7)的输出端F_QZ连接。

6.根据权利要求1所述的基于FPGA的同步电动机励磁系统，其特征在于所述的灭磁回路模块(6)的继电器控制信号输入端G_MJ与励磁控制器(5)连接，灭磁回路模块(6)的输入端G_G1经过分流器(8)与同步电动机的转子端M_G1连接，灭磁回路模块(6)的输入端G_G2与同步电动机的转子端M_G2连接。

7.根据权利要求1所述的基于FPGA的同步电动机励磁系统，其特征在于所述的转差频率检测模块(7)的输入端F_G1经过分流器(8)与同步电动机的转子端M_G1连接，转差频率检测模块(7)的输入端F_G2与同步电动机的转子端M_G2连接，转差频率检测模块(7)的输出端F_QZ与励磁控制器(5)连接。

8.根据权利要求1所述的基于FPGA的同步电动机励磁系统，其特征在于所述的A/D采样模块(9)由A/D转换电路(9.1)、定子功率因数检测电路(9.2)和转子电流检测电路(9.3)组成；定子功率因数检测电路(9.2)的输出端C_P与A/D转换电路(9.1)的输入端CH0连接，转子电流检测电路(9.3)的输出端C_F与A/D转换电路(9.1)的输入端CH1连接；

定子功率因数检测电路(9.2)的输入端C_B和C_C通过电压互感器(10)与同步电动机的定子端M_B和M_C对应连接，定子功率因数检测电路(9.2)的输入端C_A1和C_A2与电流互感器(12)连接，穿过电流互感器(12)的三相交流电源导线与同步电动机的定子端M_A连接，转子电流检测电路(9.3)的输入端C_G1和C_G2分别与分流器(8)的输出端连接，分流器(8)的输入端串联在同步电动机的转子端M_G2与整流桥模块(4)之间，A/D转换电路(9.1)的输入端C_CS、C_SCLK和C_DIN与励磁控制器(5)连接，A/D转换电路(9.1)的输出端C_DOUT与励磁控制器(5)连接。

9.根据权利要求1所述的基于FPGA的同步电动机励磁系统，其特征在于所述的故障检测及保护模块(11)包括故障保护电路(11.1)和故障检测电路(11.2)；故障检测电路(11.2)的输入端D_A、D_B和D_C与同步电动机的定子端M_A、M_B和M_C对应连接，故障检测电路(11.2)的输出端D_SY与励磁控制器(5)连接；故障保护电路(11.1)的输入端D_SEG[6..0]和D_FAULT与励磁控制器(5)连接，故障保护电路(11.1)的输出端D_STOP和GND与定子断路器的输入端STOP和SGND对应连接。

10.根据权利要求1所述的基于FPGA的同步电动机励磁系统，其特征在于所述的励磁控制软件的主流程是：

S-1，开始，进入S-2；

S-2，判断同步电动机是否起动，若起动则进入S-3，若未起动则返回S-1；

S-3，接入灭磁回路(6)，进入S-4；

S-4，检测同步电动机的转差频率，进入S-5；

S-5，判断同步电动机起动是否超时，若超时则进入S-6，若未超时则进入S-7；

S-6，同步电动机起动超时报警，返回S-2；

S-7，判断同步电动机转速是否达到亚同步转速，若达到则进入S-8，若未达到则返回S-4；

S-8，判断同步电动机是否停止，若停止则进入S-13，若未停止则进入S-9；

S-9，断开灭磁回路(6)，进入S-10；

S-10，励磁控制器(5)输出触发脉冲，进入S-11；

S-11，检测转子电流和定子功率因数，进入S-12；

S-12，同步电动机的转子电流和定子功率因数PID调节，返回S-8；

S-13，励磁控制器进入送推β时间逆变状态，进入S-14；

S-14，判断送推β时间是否到达，若到达则进入S-16，若未到达则进入S-15；

S-15，励磁控制器(5)输出逆变脉冲，返回S-14；

S-16，结束。

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