專利名稱：一種高壓變頻器的調(diào)制解調(diào)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種調(diào)制解調(diào)方法，尤其涉及一種高壓變頻器的調(diào)制解調(diào)方法。
背景技術(shù)：
目前，高壓變頻器的脈寬調(diào)制多采用三角波作為載波，正弦波作為調(diào)制波，對(duì)載波 和調(diào)制波進(jìn)行數(shù)值比較得到正弦脈寬調(diào)制波(Sinusoidal Pulse Width Modulation,簡(jiǎn)稱 SP麗)，然后將SP麗信號(hào)和功率單元控制信號(hào)，通過光纖線路發(fā)送至功率單元，功率單元接 收到控制信號(hào)后控制絕緣柵雙極型晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor,下文簡(jiǎn) 稱IGBT)的通斷。其中，功率單元控制信號(hào)包括啟動(dòng)信號(hào)、停止信號(hào)、復(fù)位信號(hào)、旁通信號(hào)， 光纖線路傳送通常采用光纖通信或者光電隔離傳送方式。采用該種正弦調(diào)制解調(diào)方法，高 壓變頻器的輸入電壓基本固定，其直流母線電壓也基本固定。其中，直流母線電壓利用率僅 為86.6%，功率單元的電壓輸出效率不夠理想。同時(shí)，光纖通信主要用來傳輸多媒體數(shù)據(jù)， 光纖發(fā)送機(jī)和光纖接收機(jī)本身的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此整個(gè)系統(tǒng)非常龐大，而且投資成本高。雖然 光電耦合器件的信號(hào)傳送是利用光媒介實(shí)現(xiàn)輸入和輸出的隔離，但其發(fā)送端和接收端集成 在同一個(gè)芯片中，無法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的信號(hào)傳輸。同時(shí)，由于高壓工作環(huán)境中有很強(qiáng)的電磁干 擾，所以以上信號(hào)傳輸方法容易導(dǎo)致控制信號(hào)錯(cuò)誤，影響高壓變頻器控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種高壓變頻器的調(diào)制解調(diào)方法，以提高功 率單元的輸出電壓，并提高高壓變頻器控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是
—種高壓變頻器的調(diào)制解調(diào)方法，包括以下步驟 第一步處理器運(yùn)算得出變頻控制所需的頻率值、電壓值和對(duì)功率單元進(jìn)行控制的 信號(hào)，并傳輸給現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(Field-Programmable Gate Array,下文簡(jiǎn)稱FPGA);
第二步FPGA接收頻率值和電壓值，進(jìn)行數(shù)值比較得出脈沖寬度調(diào)制(Pulse WidthModulation，下文簡(jiǎn)稱P麗)信號(hào)； 第三步FPGA對(duì)P麗波和功率單元控制信號(hào)進(jìn)行寬度的脈沖化，將其轉(zhuǎn)化為具有固 定頻率的高頻脈沖； 第四步FPGA將P麗信號(hào)的高頻脈沖和控制信號(hào)的高頻脈沖調(diào)制為TTL電平信號(hào) 輸出； 第五步電平信號(hào)通過光纖傳送至功率單元； 第六步功率單元中的復(fù)雜可編程邏輯器件(Complex Programmable Logic Device,下文簡(jiǎn)稱CPLD)將不同頻率的高頻脈沖信號(hào)分離出來，傳遞給IGBT ;
第七步功率單元中的單片機(jī)將功率單元當(dāng)前的狀態(tài)信息和故障信息通過串行通 訊方式，通過光纖傳送至主控制單元，主控制單元的單片機(jī)接收信息并轉(zhuǎn)發(fā)給處理器。
所述的第五步和第七步中，光纖傳送是利用光波為載體，光纖為傳輸媒介。
3
與現(xiàn)有技術(shù)相比，采用本技術(shù)方案，具有以下優(yōu)點(diǎn) 1.提高功率單元的輸出電壓?，F(xiàn)有技術(shù)的高頻變壓器的調(diào)制解調(diào)方法，是采用三 角波作為載波，正弦波作為調(diào)制波，然后將載波和調(diào)制波進(jìn)行數(shù)值比較得到SP麗波。而本 技術(shù)方案是采用FPGA調(diào)制、CPLD解調(diào)后的P麗波。P麗波可以使每個(gè)功率單元的逆變輸出 電壓比正弦波調(diào)制輸出的電壓提高15 % ，顯著提高了功率單元直流母線電壓的利用率，從 而提高功率單元的輸出電壓。 2.提高控制系統(tǒng)穩(wěn)定性?，F(xiàn)有技術(shù)中通常使用光纖通信或者光電耦合器件進(jìn)行信 號(hào)傳送。光纖通信系統(tǒng)龐大，并且投資成本大。光電耦合器件不易進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸。本技 術(shù)方案中采用的光纖傳送是利用光波為載體，光纖為傳輸媒介，在主控單元和功率單元之 間進(jìn)行信號(hào)通訊，可以避免高壓環(huán)境帶來的電磁干擾，從而提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。


圖1是本發(fā)明中P麗信號(hào)生成的流程示意圖。
圖2是本發(fā)明中的馬鞍波脈寬調(diào)制前后形狀示意圖。
圖3是本發(fā)明中P麗波高頻脈沖化前后形狀示意圖。
圖4是本發(fā)明中調(diào)制信號(hào)的流程示意圖。
圖5是本發(fā)明中光纖傳送的流程示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的一種高壓變頻器的調(diào)制解調(diào)方法，包括以下步驟 第一步處理器運(yùn)算得出變頻控制所需的頻率值、電壓值和對(duì)功率單元進(jìn)行控制的 信號(hào)，并傳輸給FPGA。 如圖l所示，在該步驟中，處理器可以位于主控制單元中。處理器經(jīng)過其自身的運(yùn) 算程序，得到高壓變頻器控制所需要的頻率值、電壓值和對(duì)功率單元進(jìn)行控制的信號(hào)，并傳 輸給FPGA。其中，處理器運(yùn)算得到的對(duì)功率單元進(jìn)行控制的信號(hào)包括啟動(dòng)信號(hào)、停止信號(hào)、 復(fù)位信號(hào)和旁通信號(hào)。處理器運(yùn)算優(yōu)先選擇數(shù)字信號(hào)處理(Digital Signal Processing, 下文簡(jiǎn)稱DSP)運(yùn)算。 第二步FPGA接收頻率值和電壓值，進(jìn)行數(shù)值比較得出P麗信號(hào)。
如圖1所示，在該步驟中，位于主控制單元上的FPGA，首先接收從處理器傳遞的頻 率值、電壓值和對(duì)功率單元進(jìn)行控制的信號(hào)，然后經(jīng)過內(nèi)部運(yùn)算，輸出P麗信號(hào)。該內(nèi)部運(yùn) 算過程包括以下步驟 FPGA接收頻率值，計(jì)算得出馬鞍波調(diào)制波的頻率；FPGA接收電壓值，與FPGA中的
只讀內(nèi)存(Read-Only Memory,下文簡(jiǎn)稱ROM)中得到的馬鞍波數(shù)值相乘，得出馬鞍波調(diào)制
波的幅值，從而產(chǎn)生具有一定頻率的馬鞍波。 FPGA利用計(jì)數(shù)器和時(shí)鐘產(chǎn)生具有一定頻率的三角波； 將所述的馬鞍波和所述的三角波進(jìn)行數(shù)值比較，得出P麗信號(hào)。 第三步FPGA對(duì)P麗波和功率單元控制信號(hào)進(jìn)行寬度的脈沖化，將其轉(zhuǎn)化為具有固
定頻率的高頻脈沖。 如圖2和圖3所示，在本步驟中，根據(jù)高壓變頻器不同頻率和不同波段的要求，F(xiàn)PGA對(duì)P麗波和功率單元控制信號(hào)進(jìn)行不同寬度的脈沖化。例如，將P麗信號(hào)調(diào)制為8倍 時(shí)鐘周期的高頻脈沖信號(hào)，將主控制單元發(fā)送給功率單元的啟動(dòng)信號(hào)調(diào)制為24倍時(shí)鐘周 期的高頻脈沖信號(hào)，將主控制單元發(fā)送給功率單元的停止信號(hào)調(diào)制為32倍時(shí)鐘周期的高 頻脈沖信號(hào)，將主控制單元發(fā)送給功率單元的復(fù)位信號(hào)調(diào)制為40倍時(shí)鐘周期的高頻脈沖 信號(hào)，將主控制單元發(fā)送給功率單元的旁通信號(hào)調(diào)制為48倍時(shí)鐘周期的高頻脈沖信號(hào)。
第四步FPGA將P麗信號(hào)的高頻脈沖和控制信號(hào)的高頻脈沖調(diào)制為TTL電平信號(hào) 輸出。 如圖4所示，在該步驟中，各個(gè)不同頻率的高頻脈沖通過電平轉(zhuǎn)換芯片調(diào)制為TTL
電平信號(hào)，然后根據(jù)控制要求的時(shí)間不同，F(xiàn)PGA輸出不同高電平寬度的TTL電平信號(hào)。例
如，對(duì)于旁通信號(hào)，F(xiàn)PGA在接收到DSP處理器發(fā)送的旁通信號(hào)后，就產(chǎn)生一個(gè)48時(shí)鐘周期
的高頻脈沖信號(hào)。FPGA產(chǎn)生的該48時(shí)鐘的高頻脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)為TTL電平后，通過光纖發(fā)送器
發(fā)送到功率單元。因此不同高頻脈沖的TTL電平信號(hào)在時(shí)間上有先后，在高電平寬度上有
不同，但都是通過同一個(gè)光纖發(fā)送器發(fā)送。 第五步電平信號(hào)通過光纖傳送至功率單元。 如圖5所示，在該步驟中，光纖傳送是利用光波為載體，光纖為傳輸媒介，采用分 立光纖發(fā)送器和光纖接收器來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳送P麗信號(hào)和控制信號(hào)。在高壓變頻器中的主 控制單元中設(shè)置光纖發(fā)送器，在功率單元中設(shè)置光纖接收器，通過光纖發(fā)送器將信號(hào)發(fā)送 至功率單元，功率單元利用光纖接收器接收信號(hào)。 第六步功率單元中的CPLD將不同頻率的高頻脈沖信號(hào)分離出來，傳遞給IGBT ;
如圖5所示，在該步驟中，功率單元中的CPLD通過將不同頻率的高頻脈沖信號(hào)分 離出來，得到所需的控制信號(hào)，然后傳遞給IGBT。例如，對(duì)于分離所得到的啟動(dòng)信號(hào)，通過 CPLD將啟動(dòng)信號(hào)發(fā)送給IGBT的驅(qū)動(dòng)芯片，使IGBT開始工作。對(duì)于分離所得到的停止信號(hào)， 通過CPLD將停止信號(hào)發(fā)送給IGBT的驅(qū)動(dòng)芯片，使IGBT停止工作。對(duì)于分離所得到的復(fù)位 信號(hào)，通過CPLD將復(fù)位信號(hào)發(fā)送給IGBT的驅(qū)動(dòng)芯片、單片機(jī)或者CPLD自身，使功率單元的 故障狀態(tài)短時(shí)間內(nèi)取消。對(duì)于分離所得到的旁通信號(hào)，通過CPLD將旁通信號(hào)發(fā)送給IGBT 的驅(qū)動(dòng)芯片，使IGBT停止工作，同時(shí)使旁通電路工作。 第七步功率單元中的單片機(jī)將功率單元當(dāng)前的狀態(tài)信息和故障信息通過串行通
訊方式發(fā)送至主控制單元，主控制單元的單片機(jī)接收信息并轉(zhuǎn)發(fā)給處理器。 如圖5所示，主控單元有一個(gè)光纖接收器和一個(gè)光纖發(fā)送器，而功率單元也同樣
有一個(gè)光纖接收器和一個(gè)光纖發(fā)送器。主控單元的光纖發(fā)送器和功率單元的光纖接收器通
過一條光纖連接，為主控單元向功率單元發(fā)送控制信號(hào)服務(wù)。主控單元的光纖接收器和功
率單元的光纖發(fā)送器通過一條光纖連接，為功率單元向主控單元發(fā)送狀態(tài)信息服務(wù)。功率
單元的單片機(jī)將功率單元母線電壓值、故障信息轉(zhuǎn)為數(shù)字信息，并利用串行通訊協(xié)議通過
光纖發(fā)送器發(fā)送至主控單元的光纖接收器。主控單元的單片機(jī)將光纖接收器接收到的數(shù)字
信息整合，并轉(zhuǎn)發(fā)給處理器DSP， DSP根據(jù)這些接收到的功率單元狀態(tài)信息產(chǎn)生新的控制信號(hào)。 采用本技術(shù)方案，利用FPGA調(diào)制、CPLD解調(diào)后的P麗信號(hào)控制方式，輸出的單個(gè) 功率單元電壓提高了 15%，單相串聯(lián)疊加后得到的馬鞍波相電壓有效值也提高了 15%，而 相應(yīng)得到的正弦線電壓也就提高了 15%。而傳統(tǒng)的SP麗控制技術(shù)不能充分利用逆變器直流側(cè)的直流電壓，直流利用效率不高。同時(shí)，主控單元和功率單元的通訊設(shè)計(jì)采用光纖連接 進(jìn)行P麗信號(hào)和控制信號(hào)的傳送，并實(shí)現(xiàn)高壓和驅(qū)動(dòng)信號(hào)的隔離，從而達(dá)到遠(yuǎn)距離的準(zhǔn)確 傳送目的。例如，6KV高壓變頻器在使用本技術(shù)方案之后，每相串聯(lián)的功率單元數(shù)由原來正 弦波調(diào)制時(shí)的7個(gè)單元縮減為6個(gè)，大大降低了生產(chǎn)成本。同時(shí)在采用光纖進(jìn)行信號(hào)傳輸 后，系統(tǒng)的穩(wěn)定性得到顯著的提高，平均無故障運(yùn)行時(shí)間增加20% 。
權(quán)利要求
一種高壓變頻器的調(diào)制解調(diào)方法，其特征在于，包括以下步驟第一步處理器運(yùn)算得出變頻控制所需的頻率值、電壓值和對(duì)功率單元進(jìn)行控制的信號(hào)，并傳輸給FPGA；第二步FPGA接收頻率值和電壓值，進(jìn)行數(shù)值比較得出PWM信號(hào)；第三步FPGA對(duì)PWM波和功率單元控制信號(hào)進(jìn)行寬度的脈沖化，將其轉(zhuǎn)化為具有固定頻率的高頻脈沖；第四步FPGA將PWM信號(hào)的高頻脈沖和控制信號(hào)的高頻脈沖調(diào)制為TTL電平信號(hào)輸出；第五步電平信號(hào)通過光纖傳送至功率單元；第六步功率單元中的CPLD將不同頻率的高頻脈沖信號(hào)分離出來，傳遞給IGBT；第七步功率單元中的單片機(jī)將功率單元當(dāng)前的狀態(tài)信息和故障信息通過串行通訊方式，通過光纖傳送至主控制單元，主控制單元的單片機(jī)接收信息并轉(zhuǎn)發(fā)給處理器。
2. 按照權(quán)利要求1所述的高壓變頻器的調(diào)制解調(diào)方法，其特征在于，所述的第二步具 體包括下列步驟FPGA接收頻率值，計(jì)算得出馬鞍波調(diào)制波的頻率；FPGA接收電壓值，與FPGA中的ROM 中得到的馬鞍波數(shù)值相乘，得出馬鞍波調(diào)制波的幅值； FPGA利用計(jì)數(shù)器和時(shí)鐘產(chǎn)生三角波；將所述的馬鞍波和所述的三角波進(jìn)行數(shù)值比較，得出P麗信號(hào)。
3. 按照權(quán)利要求2所述的高壓變頻器的調(diào)制解調(diào)方法，其特征在于，所述的第五步和 第七步中，光纖傳送是利用光波為載體，光纖為傳輸媒介。
4. 按照權(quán)利要求3所述的高壓變頻器的調(diào)制解調(diào)方法，其特征在于，所述的第五步中 的光纖傳送，是在高壓變頻器中的主控制單元中設(shè)置一個(gè)光纖發(fā)送器，在功率單元中設(shè)置 一個(gè)光纖接收器，用光纖連接該光纖發(fā)送器和光纖接收器；所述的第七步中的光纖傳送， 是在高壓變頻器中的主控制單元中設(shè)置一個(gè)光纖接收器，在功率單元中設(shè)置一個(gè)光纖發(fā)送 器，用光纖連接該光纖發(fā)送器和光纖接收器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高壓變頻器的調(diào)制解調(diào)方法，包括以下步驟處理器運(yùn)算得出變頻控制所需的頻率值、電壓值和對(duì)功率單元進(jìn)行控制的信號(hào)，并傳輸給FPGA；FPGA進(jìn)行數(shù)值比較得出PWM信號(hào)；FPGA將PWM波和功率單元控制信號(hào)轉(zhuǎn)化為高頻脈沖；FPGA將高頻脈沖調(diào)制為TTL電平信號(hào)輸出；電平信號(hào)通過光纖傳送至功率單元；功率單元中的CPLD將不同頻率的高頻脈沖信號(hào)分離出來，傳遞給IGBT；功率單元中的單片機(jī)將功率單元當(dāng)前的狀態(tài)信息和故障信息傳送至主控制單元的單片機(jī)，單片機(jī)將信息轉(zhuǎn)發(fā)給處理器。本技術(shù)方案是采用FPGA調(diào)制、CPLD解調(diào)后的PWM波，提高功率單元的輸出電壓。同時(shí)，采用的光纖傳送提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
文檔編號(hào)H02M3/155GK101783592SQ20101001714
公開日2010年7月21日 申請(qǐng)日期2010年1月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月8日
發(fā)明者徐進(jìn)榮, 李銘梔, 賈福成 申請(qǐng)人:中電電氣集團(tuán)有限公司