基于FPGA的高壓變頻器中性點(diǎn)偏移技術(shù)的算法實(shí)現(xiàn)

2.4 頻率合成器及乘法器的實(shí)現(xiàn)

在FPGA 中利用Altera 的quartusII 軟件的圖形化解決方案，應(yīng)用Verilog HDL 語言編寫子程序，如圖5 所示，gcm_lpm_rom 為頻率合成器程序圖形。頻率合成器包括一個(gè)11 位最高有效位(MSB)的地址表address [10..0]，連接一個(gè)SINROM的查閱表(LUT)上，從而產(chǎn)生所需要的輸出數(shù)據(jù)q[7..0]。利用ModelSim軟件進(jìn)行仿真，當(dāng)?shù)刂酚行Ш?，輸出相?yīng)的波形數(shù)據(jù)，波形如圖6 所示。

如圖5 所示幅值信號b[10..0]是由DSP 計(jì)算后，通過數(shù)據(jù)總線發(fā)送到FPGA 中，當(dāng)?shù)刂愤x通后FPGA保存此數(shù)據(jù)，然后分別給A、B、C 三相，用于和頻率值相乘。gcm_lpm_mult 為乘法器程序圖形，乘法器輸入信號包括一個(gè)8 位最高有效位(MSB)的乘數(shù)a[7..0]和一個(gè)11 位最高有效位(MSB)的被乘數(shù)b[10..0]及時(shí)鐘信號，輸出一個(gè)19 位最高有效位(MSB)的數(shù)據(jù)out[18..0]。利用ModelSim軟件進(jìn)行仿真，波形如圖7 所示，當(dāng)a 乘以b 后，輸出相應(yīng)的數(shù)據(jù)。例如乘數(shù)a=01，被乘數(shù)b=7ff，輸出結(jié)果out=007ff。

2.5 三角波發(fā)生器及PWM 信號生成

高壓變頻器的變頻變壓(VVVF)控制方式主要是為了保證磁通不變，如果磁通增加，將導(dǎo)致鐵心飽和，進(jìn)而引起勵(lì)磁電流的畸變，使電動機(jī)不能正常工作。VVVF控制主要采用正弦波脈寬調(diào)制(SPWM)方法實(shí)現(xiàn)，如圖8 所示為單極性SPWM調(diào)制方式。

圖8 中(a)為調(diào)制波和載波，(b)為單極性SPWM波形。(a)中的正弦調(diào)制波的周期決定于所需要的調(diào)頻比，等腰三角波的載波的周期決定于載波頻率，振幅不變。如圖9所示，利用Altera 的quartusII 軟件的圖形化解決方案，應(yīng)用VerilogHDL 語言編寫子程序，gcm_sjpkzx 為三角波發(fā)生器，在ena 使能的狀態(tài)下，輸出數(shù)據(jù)先增加后減小，通過計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)字量三角波的生成，利用ModelSim 軟件進(jìn)行仿真的波形如圖10 所示。

gcm_lpm_compare為比較器，由三角波發(fā)生器輸出的數(shù)據(jù)接到輸入數(shù)據(jù)dataa[10..0]，此為三角波數(shù)據(jù)。由乘法器輸出的數(shù)據(jù)接到datab[10..0]，取out[18..0]的高11 位，此為正弦波數(shù)據(jù)。當(dāng)三角載波小于基波的時(shí)候輸出為高電平。如圖11 所示，輸出信號aleb為PWM信號。

3 中性點(diǎn)偏移技術(shù)的實(shí)現(xiàn)

由FPGA生成的PWM信號，進(jìn)行編碼之后，通過光纖傳送到功率單元。編碼信號中包括了各種控制信號，如果功率單元產(chǎn)生故障，這其中就會包含旁通信號，需要偏移的數(shù)據(jù)量，同步信號等。

系統(tǒng)充分利用了FPGA(EP1C6Q240C8)的資源，使系統(tǒng)電路獲得極大的簡化，1 片EP1C6Q240C8 芯片可以完成6 個(gè)功率單元的時(shí)序控制和邏輯控制功能。FPGA 接收DSP 發(fā)送過來的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了旁通控制及偏移角度的執(zhí)行，每個(gè)周波進(jìn)行一次同步信號的處理，實(shí)現(xiàn)了故障功率單元在200 ms 內(nèi)完成無擾動旁通。如圖12 所示為A 相1 個(gè)功率單元旁通時(shí)的輸出電壓波形，輸出電流如圖13 所示。從圖中可以看出，在旁路過程中沒有產(chǎn)生擾動，保證了異步電動機(jī)能夠正常運(yùn)行，不影響生產(chǎn)。

4 結(jié)語

以FPGA為核心的控制系統(tǒng)具有靈活的重復(fù)可編程能力，強(qiáng)大的邏輯運(yùn)算能力及時(shí)序控制能力，它無疑具有廣闊的市場應(yīng)用前景。