CN108306485B - 一种级联式高压变频器功率单元pwm信号的生成方法 - Google Patents
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Abstract
一种级联式高压变频器功率单元PWM信号的生成方法，包括主控板CPU、A相、B相、C相和光纤，其特征是所述的A相包括预设数量的串联功率单元，所述的B相包括预设数量的串联功率单元，所述的C相包括预设数量的串联功率单元，功率单元包括发送数据接收通道、发送通道选择器、CPLD、数据发送通道和数据发送控制通道，所述的主控板CPU通过光纤与每相的第一个功率单元和最后一个功率单元连接在一起；本发明的有益之处是：简化了主控板CPU与功率单元的通讯线路，功率单元内生成PWM信号，提高了通讯的准确性；功率单元输出的叠加波形减小了整机输出电压谐波，提高了整机输出电压的控制精度，提高了整机的控制性能。
Description
技术领域
本发明涉及电力电子技术，尤其涉及一种级联串联高压变频器功率单元PWM信号的生成方法。
背景技术
随着我国经济的快速发展，高压大功率变频调速装置被广泛地应用于大型矿业生产厂、石油化工、市政供水、冶金钢铁、电力能源等行业的各种风机、水泵、压缩机、轧钢机等领域，级联式高压变频器是通过模块化功率单元的积木式结构来实现相电压和线电压的高压输出。目前，级联式高压变频器功率单元的PWM信号由主控板CPU生成，然后通过通讯的方式发送到各个功率单元。现有技术中，主控板CPU通过独立的光纤与高压变频器中每一个功率单元通讯，随着功率单元数量的增多、载波频率的提高和控制性能要求的提高，主控板CPU与功率单元的通讯线路复杂，如图1所示，各个功率单元接收的PWM信号与原信号有通讯周期的误差，导致功率单元接收的PWM信号严重失真，影响整机的控制性能。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种级联式高压变频器功率单元PWM信号的生成方法，提供一种简化的主控板CPU与功率单元的通讯线路，避免功率单元PWM信号失真的现象。为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种级联式高压变频器功率单元PWM信号的生成方法，包括主控板CPU、A相、B相、C相和光纤，其特征是所述的A相包括预设数量的串联功率单元，所述的B相包括预设数量的串联功率单元，所述的C相包括预设数量的串联功率单元，功率单元包括发送数据接收通道1、发送通道选择器2、CPLD3、数据发送通道4和数据发送控制通道5，CPLD3通过数据发送控制通道5控制发送通道选择器2和数据发送通道4，功率单元包括数据接收状态和数据发送状态，所述的主控板CPU通过光纤与每相的第一个功率单元和最后一个功率单元连接在一起，所述的功率单元PWM信号的生成方法包括以下步骤：
1)首先对每相的各个功率单元的地址赋值；
2)主控板CPU计算生成包括调制波、载波频率、每相功率单元个数和载波同步信号的数据包，通过串行通讯回路将数据包发送给每相的第一个功率单元；
3)当功率单元处于数据接收状态时，每相的第一个功率单元通过发送数据接收通道接收主控板CPU发来的数据包，数据包的处理包括两路，一路通过发送通道选择器直接发送给下一个功率单元，一路进入CPLD解析，得出调制波、载波频率、功率单元个数、载波同步信号；
4)下一个功率单元重复步骤3)，以此类推，信号在硬件电路上的传输延时非常小，可视为本相所有的功率单元同时接收到相同的数据包；
5)每个功率单元根据接收到的载波频率，生成载波信号，载波信号与调制波比较获得本功率单元的PWM信号，控制本功率单元的信号输出，当功率单元处于数据发送状态时，CPLD将需要发送的数据通过数据发送通道发送给下一个功率单元，发送完本帧数据后恢复至数据接收状态；相对于主控板CPU直接生成PWM信号后发送到每个功率单元，每个功率单元直接生成各自的PWM信号，消除了通讯周期所产生的误差能，保证PWM信号准确；
6)当功率单元收到载波同步信号时，功率单元的输出信号根据相关数据进行载波移相，来保证每相功率单元输出信号叠加后波形的正确性。
进一步地，步骤1)所述的功率单元的地址赋值方法包括以下步骤：
1)功率单元上电初始化后，功率单元的地址赋值为0，控制发送通道选择器2选择不发送数据；
2)CPLD3接收到一帧数据并解析，判断接收到的数据是否为主控板CPU数据，若是主控板CPU数据,将本功率单元的地址赋值为1，并使本功率单元处于发送状态，通过数据发送通道发送本功率单元的数据；若是其他功率单元的数据，将数据中的地址加1后，作为本功率单元的地址，并使能本功率单元处于发送状态，通过数据发送通道发送本功率单元数据；以此类推，所有的功率单元的地址赋有一个确定的值。
进一步地，步骤6)所述功率单元的输出信号的载波移相是根据功率单元个数、本机地址、载波频率进行载波移相，依据公式D＝F(n-1)/2fN，其中D：载波同步时刻载波信号数值；F：处理器时钟频率；f：载波频率；N：单元个数；n：本机地址。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：简化了主控板CPU与功率单元的通讯线路，功率单元内生成PWM信号，提高了通讯的准确性；功率单元输出的叠加波形减小了整机输出电压谐波，提高了整机输出电压的控制精度，提高了整机的控制性能。
附图说明
以下结合附图对本发明做进一步详细描述。
附图1是现有技术功率单元PWM信号失真示意图；
附图2本发明主控板CPU与功率单元连接方式的示意图；
附图3是本发明功率单元信号接收转发流程的示意图；
附图4是本发明功率单元数据处理流程的示意图；
附图5是本发明功率单元输出信号叠加后的波形图。；
附图中：1、接收通道，2、发送通道选择器，3、CPLD，4、数据发送通道，5、数据发送控制通道。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图2、附图3、附图4、附图5及具体实施例对本发明作进一步的说明。
如附图2所示，一种级联式高压变频器功率单元PWM信号的生成方法，包括主控板CPU、A相、B相、C相和光纤，其特征是所述的A相包括预设数量的串联功率单元，所述的B相包括预设数量的串联功率单元，所述的C相包括预设数量的串联功率单元，功率单元包括发送数据接收通道1、发送通道选择器2、CPLD3、数据发送通道4和数据发送控制通道5，CPLD3通过数据发送控制通道5控制发送通道选择器2和数据发送通道4，功率单元包括数据接收状态和数据发送状态，所述的主控板CPU通过光纤与每相的第一个功率单元和最后一个功率单元连接在一起，所述的功率单元PWM信号的生成方法包括以下步骤：
1)首先对每相的各个功率单元的地址赋值；
2)主控板CPU计算生成包括调制波、载波频率、每相功率单元个数和载波同步信号的数据包，通过串行通讯回路将数据包发送给每相的第一个功率单元；
3)如附图3所示，当功率单元处于数据接收状态时，每相的第一个功率单元通过发送数据接收通道1接收主控板CPU发来的数据包，数据包的处理包括两路，一路通过发送通道选择器2直接发送给下一个功率单元，一路进入CPLD3解析，得出调制波、载波频率、功率单元个数、载波同步信号；
4)下一个功率单元重复步骤3)，以此类推，信号在硬件电路上的传输延时非常小，可视为本相所有的功率单元同时接收到相同的数据包；
5)如附图4所示，每个功率单元根据接收到的载波频率，生成载波信号，载波信号与调制波比较获得本功率单元的PWM信号，控制本功率单元的信号输出，当功率单元处于数据发送状态时，CPLD3将需要发送的数据通过数据发送通道4发送给下一个功率单元，发送完本帧数据后恢复至数据接收状态；相对于主控板CPU直接生成PWM信号后发送到每个功率单元，每个功率单元直接生成各自的PWM信号，消除了通讯周期所产生的误差能，保证PWM信号准确；
6)当功率单元收到载波同步信号时，功率单元的输出信号根据相关数据进行载波移相，来保证每相功率单元输出信号叠加后波形的正确性，如附图5所示，获得功率单元输出叠加后的波形。
进一步地，如附图4所示，步骤1)所述的功率单元的地址赋值方法包括以下步骤：
1)功率单元上电初始化后，功率单元的地址赋值为0，控制发送通道选择器2选择不发送数据；
2)CPLD3接收到一帧数据并解析，判断接收到的数据是否为主控板CPU数据，若是主控板CPU数据,将本功率单元的地址赋值为1，并使本功率单元处于发送状态，通过数据发送通道4发送本功率单元的数据；若是其他功率单元的数据，将数据中的地址加1后，作为本功率单元的地址，并使能本功率单元处于发送状态，通过数据发送通道4发送本功率单元数据；以此类推，所有的功率单元的地址赋有一个确定的值。
进一步地，步骤6)所述功率单元的输出信号的载波移相是根据功率单元个数、本机地址、载波频率进行载波移相，依据公式D＝F(n-1)/2fN，其中D：载波同步时刻载波信号数值；F：处理器时钟频率；f：载波频率；N：单元个数；n：本机地址。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：简化了主控板CPU与功率单元的通讯线路，功率单元内生成PWM信号，提高了通讯的准确性；功率单元输出的叠加波形减小了整机输出电压谐波，提高了整机输出电压的控制精度，提高了整机的控制性能。
利用本发明所述的技术方案，或本领域的技术人员在本发明技术方案的启发下，设计出类似的技术方案，而达到上述技术效果的，均是落入本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种级联式高压变频器功率单元PWM信号的生成方法，包括主控板CPU、A相、B相、C相和光纤，其特征是所述的A相包括预设数量的串联功率单元，所述的B相包括预设数量的串联功率单元，所述的C相包括预设数量的串联功率单元，功率单元包括发送数据接收通道（1）、发送通道选择器（2）、CPLD（3）、数据发送通道（4）和数据发送控制通道（5），CPLD（3）通过数据发送控制通道（5）控制发送通道选择器（2）和数据发送通道（4），功率单元包括数据接收状态和数据发送状态，所述的主控板CPU通过光纤与每相的第一个功率单元和最后一个功率单元连接在一起，所述的功率单元PWM信号的生成方法包括以下步骤：
1）首先对每相的各个功率单元的地址赋值；
2）主控板CPU计算生成包括调制波、载波频率、每相功率单元个数和载波同步信号的数据包，通过串行通讯回路将数据包发送给每相的第一个功率单元；
3）当功率单元处于数据接收状态时，每相的第一个功率单元通过发送数据接收通道（1）接收主控板CPU发来的数据包，数据包的处理包括两路，一路通过发送通道选择器（2）直接发送给下一个功率单元，一路进入CPLD（3）解析，得出调制波、载波频率、功率单元个数、载波同步信号；
4）下一个功率单元重复步骤3），以此类推，信号在硬件电路上的传输延时非常小，可视为本相所有的功率单元同时接收到相同的数据包；
5）每个功率单元根据接收到的载波频率，生成载波信号，载波信号与调制波比较获得本功率单元的PWM信号，控制本功率单元的信号输出，当功率单元处于数据发送状态时，CPLD（3）将需要发送的数据通过数据发送通道（4）发送给下一个功率单元，发送完本帧数据后恢复至数据接收状态；
6）当功率单元收到载波同步信号时，功率单元的输出信号根据相关数据进行载波移相，每相功率单元输出信号叠加，获得功率单元输出叠加后的波形。
2.根据权利要求1所述的功率单元PWM信号的生成方法，其特征是步骤1）所述的功率单元的地址赋值方法包括以下步骤：
1）功率单元上电初始化后，功率单元的地址赋值为0，控制发送通道选择器（2）选择不发送数据；
2）CPLD（3）接收到一帧数据并解析，判断接收到的数据是否为主控板CPU数据，若是主控板CPU数据，将本功率单元的地址赋值为1，并使本功率单元处于发送状态，通过数据发送通道（4）发送本功率单元的数据；若是其他功率单元的数据，将数据中的地址加1后，作为本功率单元的地址，并使能本功率单元处于发送状态，通过数据发送通道（4）发送本功率单元数据；以此类推，所有的功率单元的地址赋有一个确定的值。
3.根据权利要求1所述的功率单元PWM信号的生成方法，其特征是步骤6）所述功率单元的输出信号的载波移相是根据功率单元个数、本机地址、载波频率进行载波移相。
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