摘要：目前，国产高压变频控制器普遍采用“l片DsP+13片cPLD”结构，其中DsP用来计算控制与系统保护，而CPLD则用来产生并分配PwM脉冲和故障诊断。尽管这种结构技术比较成熟，但存在许多缺点如：元器件多，设备制造成本偏高．可靠性差。与此列照，基于4片DsP开发高压变频控制器却具有明显优点，提出了用4片DsP开发高压变频器技术方案：变频控制和人机交互仍由l片DsP完成，而PwM脉冲产生与分配和故障诊断则由3片DsP完成。最后经过验证，以此开发设计出该种类型控制器，实时性较高，PwM脉冲丢失较少，结构简单，成本较低，可以很好地满足应用要求。
    关键词：高压变频；PwM脉冲；数字信号处理器；复杂可编程逻辑器件以风机、水泵为主，高压大功率交流电机广泛地应用于钢铁、石油、煤矿、给排水等各个工业领域，消耗的电能占电动机总耗能的70％以上。这些电机功率介于200～5000 kw、电压介于3～10kV之间，仅有5％的电机采用V／f控制方式进行了变频调速改造，绝大多数高压电机仍然以工频恒速运行，使用挡板或机械式控制阀来调节风量或水压，工作效率低下，能源浪费严重。如果使用高压变频技术调节，则可以节能15％～20％。
    高压变频控制技术的核心是高压变频器的控制器设计，目前，国内高压变频器的设计制造还处于初级阶段，仅有少数具备科研能力或资金实力的个别企业从事高压变频器的研究开发，控制器普遍采用DSP+CPLD结构，这些设备存在多种不足，如：功能不完善，精度低，控制结构复杂，硬件设计技术难度大，软件开发周期长，设备制造成本偏高，性能差，可靠性差，触发脉冲丢失较多，输出波形畸变率偏高等缺点，而采用4片DsP设计开发控制器则可以避免这些缺点。
    1  高压变频工作原理
级联多电平高压变频器拓扑结构图如图1所示，该变频器是由多重化绕组隔离变压器(移相变压器)降压后给18个功率单元供电(单相输出的交直交PwM电压型逆变器)，相邻6个功率单元的输出端级联组成一相、三相以星形结构连接。
    各单元在核心控制器控制下输出的PWM脉冲，由于这些参加叠加的PwM的调制波共用一个正弦波，相邻单元PwM产生的载波相差lO。，因此，所产生的基波电压相位、幅值完全相同，脉冲峰谷不同，在叠加时幅值相加，形成正弦电压，直接输出供给电机。
    2控制器硬件设计
TMs320F28335是一款德州仪器生产的****型中高性能的32位DSP，采用哈佛总线结构，具有浮点运算功能，快速中断响应和运算处理，内部有集成的可编程模块，时钟频率150 MHz，16位或32位外部接口，片上存储器256k×16的H，AsH存储，并且还有34k×16的SARAM；有18路PwM输出，多达6个HRPWM，8到9个32位或16位定时器，3个32位中央处理时钟器，2个CAN总线接口，1个SPI接口。12位16通道的ADC，转换时间为80 ns；多路GHO引脚的输入过滤。
    新开发高压变频系统共有18个功率逆变单元，每个单元只需要l对互补PWM脉冲，三相18个功率单元共需18对互补PWIXⅡ脉冲，新开发控制器采用集散控制，其中1片负责数据采集与计算控制，其余3片用于PWM产生和分配、故障信号采集与上传等。TMS320F28335只有6个HRP—wM，所以共需要4片DsP。变频控制器硬件总体设计见图2。整个控制器主要由4片DsP组成，上面1个I)SP为核心DSP，下面3个DsP为从DsP。
    核心的DSP有4个功能：电网电压、输出电压、输入电流和输出电流采样与滤波；变频控制计算、顺序控制、故障保护，启动电流补偿、运行曲线设定、瞬时再启控制和各种****控制。从DSP经SP1总线接收主DSP输出PW!xⅡ脉宽数据信号与其时钟同步信号，按照设定相位分别输出两组三相PWM调制脉冲，另外，从DSP收集功率逆变单元输出故障信息，并且在汇总之后，上传到主DSP。
    通讯管理共有4个网络，包括1个SPI网络、2个CAN总线和1个Intemet网络接口。SPI用于主I)SP向从DSP同步传送PWM脉宽、基波相位信息；而1CAN总线用于从DsP上传汇总后的故障信息，2。cAN总线则用于接收下位DSP上传故障信号。Internet用于和远方监控操作站联网或与MIS网络联网，实现远程监控与远程管理。
    3控制器软件开发
3．1控制策略
如图3所示，高压变频系统控制功能框图主要由9个功能块组成。给定积分器将阶跃信号变为斜坡信号，平滑启动过程，减少冲击幅度，函数发生器则是根据工艺要求设定不同运行曲线，电流限制调节器则限制控制高压变频器输出****电流限幅值，IR肩动补偿器就是根据3／2变换后得到转矩电流大小进行转矩补偿，通过适当提高定子电压，保持定子产生磁场强度不变，确保电磁转矩与转差频率成正比，转差越大电机电流越大，转差补偿目的是根据转差和电磁转矩之间的函数关系要提高变频器输出电压，增大电机转矩，减小电机电流。电压校正环节是一个PI调节器，主要稳定变频器输出电压，PwM产生扩展环节则是根据电压校正环节输出电压信号产生一定宽度的正弦PwM脉冲，并根据需要扩展多路PwM脉冲，控制功率单元逆变输出高压大功率输出。
    3．2变频过程
控制变频器过程控制整个工作分为6个状态，如图4所示，各状态之间依据控制指令、运行参数、定时发生相互转换。系统在上电之后，进入允许合闸状态，在高压合闸后，检测高压开关状态，如果到位之后，就进人预充电状态，经过充电延时之后，如果有故障，则自动进入故障停车故障状态，如果无故障，则自动进入允许运行阶段，在运行阶段才解除PwM输出封锁，给定频率信号经控制系统中各计算环节，产生PwM调制电压信号，然后由PwM与扩展电路产生PwM，扩展后PwM电压信号控制各级联单元叠加输出高压大功率交流电供给电机负载，完成整个启动过程。在运行过程中，如果有轻微故障发生，则系统发出告警，系统转入故障告警状态，如果有严重故障发生或故障告警延时之后，故障仍然存在．则系统进入故障停车状态，如果系统运行正常，则可以正常停车，故障停车状态下，故障消失之后，经复位可以重新进入允许合闸状态。
    3．3应用软件总体设计
本次开发应用软件的结构框图如图5所示，方块表示软件功能模块，空箭头表示数据流动方向，实心箭头表示控制信息流动方向，层次表示调用关系，其中，在同一层的功能模块左边首先被调用。
    4  变频控制实验结果分析与结论
按照以上思路开发的中压变频器的1个功率单元的PwM脉冲与叠加产生线电压波形，见图6。
    可以看出PwM脉宽变化符合正弦规律，负载电压波形共有25个阶梯电平基本上接近正弦。
    系统在负载情况下的反复实验，特别是经过连续l 68 h连续不问断的运行，都能够稳定运行。达到了产品开发预期目的。

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