CN204046548U - 异步电动机软起动器晶闸管门级双窄触发脉冲生成电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型是基于FPGA的异步电动机软起动器晶闸管门级双窄触发脉冲生成电路，其结构包括锁相环模块1，相控角给定端口2，脉冲输出使能端口3，A相同步信号4，A相窄脉冲生成模块5，B相同步信号6，B相窄脉冲生成模块7，C相同步信号8，C相窄脉冲生成模块9，双窄脉冲合成模块10，双窄脉冲输出模块11。优点：1）基于FPGA硬件平台设计，所有功能均由硬件电路实现，稳定可靠。软起动器应用在强电磁干扰环境，稳定性高，实时性好，抗干扰能力强；2）基于可编程平台设计，即可实现专用ASIC的功能。具有结构简洁，设计难度低，易于改进；3）相控角给定为8位数据总线结构，为数字给定相控角，接口友好，易于设计。

Description

异步电动机软起动器晶闸管门级双窄触发脉冲生成电路

技术领域

本实用新型涉及的是一种基于FPGA的异步电动机软起动器晶闸管门级双窄触发脉冲生成电路，属于电机软起动器技术领域。

背景技术

三相交流异步电动机因具有结构简单、性能可靠以及价格低廉等优点，在工业生产以及日常生活等领域广泛应用。当电动机直接合闸时，起动电流很大，降低使用寿命。晶闸管技术日趋成熟，微机控制技术飞速发展，一系列电子式软起动器随之诞生。

软起动器主体为三组反并联的晶闸管，在采用脉冲变压器作为晶闸管驱动时，如何产生正确可靠的触发脉冲(6路双窄脉冲)，是软起动器设计的关键技术。脉冲宽度过大，容易使脉冲变压器饱和，从而导致晶闸管不能正常工作。所以在触发某个晶闸管的同时，需要给序号紧前的晶闸管补发脉冲，即用双窄脉冲代替传统宽脉冲，从而保证了晶闸管可靠触发。传统产生双窄脉冲技术为：软件生成脉冲和专用ASIC生成脉冲。软件实现一般是通过检测三相同步信号跳变，结合定时器，实现相控角的调整。可利用三个外部中断或捕获中断实现对三相同步信号的捕捉。软件实现方法存在占用资源多，稳定性不高，抗干扰能力弱等缺点。也可以利用三相六脉冲生成专用芯片如TC787实现双窄脉冲输出。TC787需要通过连接电容来控制脉冲宽度，并且需要配合较多的外围电路，才能实现脉冲输出。TC787需要一个独立的电源，相控角通过一个模拟量输入端口给定，数字控制芯片需要通过一个DAC才能实现对TC787的控制，这显然增大了系统设计的复杂程序，降低了系统稳定性。另外，TC787价格较高，使得系统成本较高。

发明内容

本实用新型提出的是一种基于FPGA的异步电动机软起动器晶闸管门级双窄触发脉冲生成电路。其目的旨在克服现有技术所存在的上述缺陷。通过8位触发角给定端口给定相控角Alpha，通过A、B、C相同步信号端口给定各相同步信号，使能脉冲输出端口，各相窄脉冲生成后，经过双窄脉冲合成模块合成后，即可实现双窄脉冲输出。

本实用新型的技术解决方案：基于FPGA的异步电动机软起动器晶闸管门级双窄触发脉冲生成电路，其特征在于：包括锁相环模块，相控角给定端口，脉冲输出使能端口，A相同步信号，A相窄脉冲生成模块，B相同步信号，B相窄脉冲生成模块，C相同步信号，C相窄脉冲生成模块，双窄脉冲合成模块，双窄脉冲输出模块。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1）基于FPGA硬件平台设计，所有功能均由硬件电路实现，稳定可靠。软起动器应用在强电磁干扰环境，本设计与软件实现方法相比，具有稳定性高，实时性好，抗干扰能力强的优点。

2）基于可编程平台设计，传统专用ASIC如TC787，需要电源和复杂外围电路，本设计只需要外围有源晶振、复位电路和配置芯片，即可实现专用ASIC的功能。因此本设计具有结构简洁，设计难度低，易于改进，易于量产等优点。

3）相控角给定为8位数据总线结构，传统专用ASIC如TC787的相控角通过模拟量给定进行调节，与数字控制器对接时，需要DAC电路。本设计为数字给定相控角，接口友好，易于设计。

附图说明

图1是本实用新型拓扑结构框图。

图2是本实用新型实施例输出波形示意图。

图3是本实用新型实施例Quartus顶层原理图。

具体实施方式

如图1所示，基于FPGA的异步电动机软起动器晶闸管门级双窄触发脉冲生成电路，其结构包括锁相环模块1，相控角给定端口2，脉冲输出使能端口3，A相同步信号4，A相窄脉冲生成模块5，B相同步信号6，B相窄脉冲生成模块7，C相同步信号8，C相窄脉冲生成模块9，双窄脉冲合成模块10，双窄脉冲输出模块11。

其中相环模块1的第一信号输出端连接A相窄脉冲生成模块5的第一信号输入端；相控角给定端口2的第一信号输出端连接A相窄脉冲生成模块5的第二信号输入端；脉冲输出使能端口3的第一信号输出端连接A相窄脉冲生成模块5的第三信号输入端；相环模块1的第二信号输出端连接B相窄脉冲生成模块7的第一信号输入端；相控角给定端口2的第二信号输出端连接B相窄脉冲生成模块7的第二信号输入端；脉冲输出使能端口3的第二信号输出端连接B相窄脉冲生成模块7的第三信号输入端；相环模块1的第三信号输出端连接C相窄脉冲生成模块9的第一信号输入端；相控角给定端口2的第三信号输出端连接C相窄脉冲生成模块9的第二信号输入端；脉冲输出使能端口3的第三信号输出端连接C相窄脉冲生成模块9的第三信号输入端；A相同步信号4的信号输出端连接A相窄脉冲生成模块5的第四信号输入端；B相同步信号6的信号输出端连接B相窄脉冲生成模块7的第四信号输入端；C相同步信号8的信号输出端连接C相窄脉冲生成模块9的第四信号输入端；A相窄脉冲生成模块5的信号输出端连接双窄脉冲合成模块10的第一信号输入端；B相窄脉冲生成模块7的信号输出端双窄脉冲合成模块10的第二信号输入端；C相窄脉冲生成模块9的信号输出端双窄脉冲合成模块10的第三信号输入端；双窄脉冲合成模块10的信号输出端连接双窄脉冲输出模块11的信号输入端。

正常使用时，将外部时钟连接到锁相环模块1上，并配置锁相环。将数字控制器的IO口连接到相控角给定端口2，脉冲输出使能端口3。将A、B、C三相同步信号分别连接到A相同步信号4，B相同步信号6 ，C相同步信号8。系统上电后，首先失能脉冲输出，然后通过相控角给定端口2给定所需要的相控角，再使能脉冲输出，即可实现6路双窄脉冲输出。

当系统出现异常时，比如电网电压大幅波动、系统过载，缺相故障等，可通过对脉冲输出使能端口3的控制，失能双窄脉冲输出，从而保护系统。

如图2所示，按照既定功能完成设计后，通过AS下载接口下载到配置芯片，系统时钟由40MHz有源晶振产生。利用三相同步变压器和过零检测电路，生成三相同步信号，分别接到A相同步信号4，B相同步信号6，C相脉冲生成模块9。数字控制芯片选用DSP-TMS320F2812，将DSP的GPIOB7-GPIOB0连接到相控角给定端口2上。GPIOA0连接到脉冲输出使能端口3上用于控制脉冲输出。由于TMS320F2812与FGPA均使用3.3V电源，所以两者可共用电源，端口可以直接连接，系统结构简洁。连接完成后，系统上电。三相电源接入系统后，即产生三相同步信号，DSP通过GPIOB7-GPIOB0给定相控角Alpha，GPIOA0给定高电平时，使能脉冲输出，即可实现双窄脉冲输出。

如图3所示，分析可知，本设计方法可行。系统输出稳定的6路双窄脉冲（脉冲宽度为30度）。

Claims (2)

1.基于FPGA的异步电动机软起动器晶闸管门级双窄触发脉冲生成电路，其特征在于：包括锁相环模块，相控角给定端口，脉冲输出使能端口，A相同步信号，A相窄脉冲生成模块，B相同步信号，B相窄脉冲生成模块，C相同步信号，C相窄脉冲生成模块，双窄脉冲合成模块，双窄脉冲输出模块。

2.根据权利要求1所述的基于FPGA的异步电动机软起动器晶闸管门级双窄触发脉冲生成电路，其特征在于：所述相环模块的第一信号输出端连接A相窄脉冲生成模块的第一信号输入端；相控角给定端口的第一信号输出端连接A相窄脉冲生成模块的第二信号输入端；脉冲输出使能端口的第一信号输出端连接A相窄脉冲生成模块的第三信号输入端；相环模块的第二信号输出端连接B相窄脉冲生成模块的第一信号输入端；相控角给定端口的第二信号输出端连接B相窄脉冲生成模块的第二信号输入端；脉冲输出使能端口的第二信号输出端连接B相窄脉冲生成模块的第三信号输入端；相环模块的第三信号输出端连接C相窄脉冲生成模块的第一信号输入端；相控角给定端口的第三信号输出端连接C相窄脉冲生成模块的第二信号输入端；脉冲输出使能端口的第三信号输出端连接C相窄脉冲生成模块的第三信号输入端；A相同步信号的信号输出端连接A相窄脉冲生成模块的第四信号输入端；B相同步信号的信号输出端连接B相窄脉冲生成模块的第四信号输入端；C相同步信号的信号输出端连接C相窄脉冲生成模块的第四信号输入端；A相窄脉冲生成模块的信号输出端连接双窄脉冲合成模块的第一信号输入端；B相窄脉冲生成模块的信号输出端双窄脉冲合成模块的第二信号输入端；C相窄脉冲生成模块的信号输出端双窄脉冲合成模块的第三信号输入端；双窄脉冲合成模块的信号输出端连接双窄脉冲输出模块的信号输入端。