基于FPGA的高压变频器中性点偏移技术的算法实现

2.4 频率合成器及乘法器的实现

在FPGA 中利用Altera 的quartusII 软件的图形化解决方案，应用Verilog HDL 语言编写子程序，如图5 所示，gcm_lpm_rom 为频率合成器程序图形。频率合成器包括一个11 位最高有效位(MSB)的地址表address [10..0]，连接一个SINROM的查阅表(LUT)上，从而产生所需要的输出数据q[7..0]。利用ModelSim软件进行仿真，当地址有效后，输出相应的波形数据，波形如图6 所示。

如图5 所示幅值信号b[10..0]是由DSP 计算后，通过数据总线发送到FPGA 中，当地址选通后FPGA保存此数据，然后分别给A、B、C 三相，用于和频率值相乘。gcm_lpm_mult 为乘法器程序图形，乘法器输入信号包括一个8 位最高有效位(MSB)的乘数a[7..0]和一个11 位最高有效位(MSB)的被乘数b[10..0]及时钟信号，输出一个19 位最高有效位(MSB)的数据out[18..0]。利用ModelSim软件进行仿真，波形如图7 所示，当a 乘以b 后，输出相应的数据。例如乘数a=01，被乘数b=7ff，输出结果out=007ff。

2.5 三角波发生器及PWM 信号生成

高压变频器的变频变压(VVVF)控制方式主要是为了保证磁通不变，如果磁通增加，将导致铁心饱和，进而引起励磁电流的畸变，使电动机不能正常工作。VVVF控制主要采用正弦波脉宽调制(SPWM)方法实现，如图8 所示为单极性SPWM调制方式。

图8 中(a)为调制波和载波，(b)为单极性SPWM波形。(a)中的正弦调制波的周期决定于所需要的调频比，等腰三角波的载波的周期决定于载波频率，振幅不变。如图9所示，利用Altera 的quartusII 软件的图形化解决方案，应用VerilogHDL 语言编写子程序，gcm_sjpkzx 为三角波发生器，在ena 使能的状态下，输出数据先增加后减小，通过计数器计数实现数字量三角波的生成，利用ModelSim 软件进行仿真的波形如图10 所示。

gcm_lpm_compare为比较器，由三角波发生器输出的数据接到输入数据dataa[10..0]，此为三角波数据。由乘法器输出的数据接到datab[10..0]，取out[18..0]的高11 位，此为正弦波数据。当三角载波小于基波的时候输出为高电平。如图11 所示，输出信号aleb为PWM信号。

3 中性点偏移技术的实现

由FPGA生成的PWM信号，进行编码之后，通过光纤传送到功率单元。编码信号中包括了各种控制信号，如果功率单元产生故障，这其中就会包含旁通信号，需要偏移的数据量，同步信号等。

系统充分利用了FPGA(EP1C6Q240C8)的资源，使系统电路获得极大的简化，1 片EP1C6Q240C8 芯片可以完成6 个功率单元的时序控制和逻辑控制功能。FPGA 接收DSP 发送过来的数据，实现了旁通控制及偏移角度的执行，每个周波进行一次同步信号的处理，实现了故障功率单元在200 ms 内完成无扰动旁通。如图12 所示为A 相1 个功率单元旁通时的输出电压波形，输出电流如图13 所示。从图中可以看出，在旁路过程中没有产生扰动，保证了异步电动机能够正常运行，不影响生产。

4 结语

以FPGA为核心的控制系统具有灵活的重复可编程能力，强大的逻辑运算能力及时序控制能力，它无疑具有广阔的市场应用前景。