（毕业论文 字数：18062 页数：46）摘 要：本论文是根据高压变频调速系统，介绍了变频器功率单元控制检测部分的实现方案。探讨了对于高压变频器控制部分器件选择的要点。根据在高压领域电器承压大，控制同步性要求高，危险系数大等特点。该控制部分采用8位高速单片机AVR，A/D转换器采用8位高速转换器TLC0820加CPLD的设计方法。为解决单元串联多电平高压变频器中主控系统与功率单元之间存在的强弱电隔离及功率单元与功率单元之间的电磁干扰问题。设计了由HFBR-1524发送器和HFBR-2524接收器组成的光纤连接电路。实践证明，采用此方法设计的功率单元检测电路具有高速、安全、可靠的特点。
关键词：高压,变频器,功率单元,AVR单片机,光纤接口
ABSTRACT ：Under the harbin ZJE high voltage frequency convertor .Introduce project achieve of JZHICON-1A series convertor control and detect of high voltage frequency convertror power unites. Discuss point of design high voltage frequency convertor power unites. Base on wiring used to high voltage field take on high voltage and synchronization with high danger coefficient. Adopt AVR 8-bit Controller, Advanced high-speed 8-bit analog-to-digital converter TLC0820 and CPLD. Isolation between main control system and power units, EMI immunity in different power units are the key problems in the cell series muti-level high voltage frequency converter. In this paper a method using optical fiber link is proposed to solve the problems. Experiment based on HFBR-1524 transmitter and HFBR-2524 receiver. Practice has proved the power unites detect circuit are high speed, safety and reliable.
Key words: High Voltage；Frequency Convertor；Power Unite；AVR Single-Chip Computer；Optical Fiber Link
目 录
摘要………………………………………………………………………………………Ⅰ
Abstract ………………………………………………………………………………Ⅱ
第1章 绪论……………………………………………………………………………1
1.1 概述 ………………………………………………………………………………1
1.2 选题的意义及目的 ………………………………………………………………1
1.3 国内外研究对象 …………………………………………………………………1
第2章JZHICON-1A系列高压变频器原理………………………………………3
2.1 JZHICON-1A系列高压变频器概述……………………………………………3
2.2功能概要说明……………………………………………………………………3
2.3 JZHICON-1A 系列高压变频器的基本原理 ……………………………………5
2.3.1 由双DSP构成的控制系统 ………………………………………………6
2.3.2 功率单元的基本原理 ……………………………………………………8
2.3.3 旁路系统的运行原理 ……………………………………………………9
2.3.4 远控操作箱或机旁操作箱的运行原理 …………………………………9
2.4 变频调速系统保证高可靠性的措施和质量控制手段 …………………………9
2.5 本章小结 ………………………………………………………………………10
第 3 章 功率单元检测电路的硬件设计…………………………………………11
3.1 整体设计思路……………………………………………………………………11
3.2 主CPU的介绍……………………………………………………………………11
3.2.1 AVR单片机简介 …………………………………………………………11
3.2.2 AVR单片机AT90S2313引脚说明………………………………………13
3.3 A/D采集电路设计………………………………………………………………14
3.3.1 A/D转换器的选择………………………………………………………14
3.3.2 采集电路整体设计………………………………………………………15
3.3.3 采集前向通道设计………………………………………………………16
3.3.4 基准电压源设计…………………………………………………………17
3.2.4 A/D转换器接口电路……………………………………………………19
3.2.5 CPLD接口电路设计……………………………………………………24
3.4 串口电路设计…………………………………………………………………26
3.4.1 串行口接口电路的方案比较…………………………………………26
3.4.2 光纤接口电路的设计…………………………………………………27
3.4.3 光纤转换器电路简介…………………………………………………28
3.6 本章小结………………………………………………………………………30
第 4 章 系统程序的设计…………………………………………………………31
4.1 主程序的设计…………………………………………………………………31
4.2 A/D采集接口程序设计…………………………………………………………31
4.2.1 A/D采集程序设计思路…………………………………………………31
4.2.2 欠压和过压值的计算…………………………………………………32
4.3 CPLD接口程序设计……………………………………………………………33
4.4 串口程序设计…………………………………………………………………34
4.5 本章小结 ………………………………………………………………………34
结论………………………………………………………………………………………35
参考文献 ………………………………………………………………………………36
致谢………………………………………………………………………………………37
附录A……………………………………………………………………………………38
附录B……………………………………………………………………………………42
第1章 绪 论
1.1概述
本文以变频高压变频器功率单元为研究对象，介绍了对功率单元关键部件的检测。所谓功率单元由高压变频器中，由控制电路、驱动电路和以电力电子器件为核心的主电路组成的一个系统。由DSP组成的主控板发出的控制信号，通过驱动电路去控制IGBT的导通或关断，完成产生PWM波的过程。在功率单元中，以AVR和CPLD为核心的器件构成检测电路。它主要完成对功率单元各个关键量的检测、上报和控制等功能。
1.2 选题的意义及目的
基于IGBT、MOSFET电力电子器件的专用功率模块是一种为变流装置和电机驱动装置使用的功率单元。它是以IGBT和MOSFET电力电子器件为开关执行元件，将电源电路、保护电路、控制电路，自诊断电路与电力电子器件集成为一体的智能模块。通过各种不同功能模块之间的串并联接和积木式组合，又可以非常容易的组成各种不同用途的电力电子产品。可广泛地应用于现代通讯、电子仪器、计算机、工业自动化、电力工程、国防等领域。该产品的产业化将使我国电力电子新产品的开发、研制周期的缩短、可靠性的提高都上升到一个崭新水平，对我国电力电子产业的发展具有深远的意义。[1]
九洲公司在多年应用功率MOSFET模块以及绝缘栅双极型晶体管IGBT等模块经验的基础上成功研制出了高集成化、智能化、标准化，并适合各种不同用户应用要求的基于IGBT、MOSFET电力电子器件的专用功率模块(ASIPM)。该用户专用功率模块（ASIPM）已在高频开关电源领域和高压电机调速等领域得到了广泛的应用，极大地改善了工业电源的品质，解决了长期以来无法实现的高压电动机（3-10KV）变频调速问题。
1.3 国内外研究对象
目前国内有大量的低压变频器生产厂商，而在高压大功率变频器方面，却为数不多。能够研制生产并能够服务的高压变频器厂商，仅有少数的具备科研能力或资金实力的个别企业。国内仅有少部分的中高压电机进行了变频器改造，而且普遍采用恒v/f控制方式。高压变频器的品种和性能还处于发展阶段，每年市场仍需大量进口。[2]
外国各大品牌的变频器生产商，均形成了系列化的产品，其控制系统也已经实现全数字化。几乎所有的产品均具有矢量控制功能，完善的工艺水平也是国外品牌的一大特色。目前，在发达国家，只要有电机的场合，就会同时有变频器的存在。
第2章 JZHICON-1A系列高压变频器原理
2.1 JZHICON-1A系列高压变频器概述
JZHICON-1A系列高压变频器是一种串联叠加型变频器，即采用多台单相三电平逆变器串联连接，输出多电平、可变频变压的高压交流电。适用于多种工况的高品质、低噪声、多功能通用变频调速器。采用优化空间矢量PWM控制，输出电流谐波成分小，运行平稳，效率高。
JZHICON-1A系列变频器的控制方式有：触摸屏、DCS、远控柜等，控制方式灵活、方便。 在输入电压变动的情况下，输出电压基本不变，保持V/F 值恒定。
监视功能分为运行监视功能和故障及故障查询监视功能两种。
1、运行监视功能：运行时可监视输入频率、输出频率、输出电流、输出电压、变压器温度、冷却风机状态等。
2、故障及故障查询监视功能：故障及故障查询可监视当前故障时故障类型、故障时间、故障位置、故障顺序等。
本变频器能提供畸变可忽略的可变频变压的高压交流电，供给交流电动机做变频调速驱动用，特别是可用于标准异步电动机，而且对电网的不良影响可忽略，特别适合于电网容量较小的场合。综合起来，本变频器的特点有：
（1）对供电系统不产生明显的谐波畸变,无需电源滤波器,不会对其它敏感设备造成干扰。
（2）功率因数高,无需功率因数补偿装置。
（3）电动机不必因谐波发热而降容，输出电缆可达1000米以上。
（4）电动机噪声与采用工频电源时相近。
（5）电动机的电应力强度与采用工频电源时相近，无明显附加影响。
（6）转矩脉冲很低，不会导致机械共振，同时也减少传动机构的磨损。
（7）完整的参数化功能，容易设定，可满足各种应用的要求。
（8）完善的故障自诊断及保护能对系统中各种故障作出准确的报警和保护。
2.2 功能概要说明
JZHICON-1A系列变频器是适用于多种工况的高品质、低噪声、多功能通用变频调速器。该变频器具有以下特点:
1、采用优化空间矢量PWM控制，输出电流谐波成分小，运行平稳，效率高。
2、采用最新一代IGBT功率模块。
3、瞬时输出电压自动调整，即使输入电网存在较大的波动输出电压也基本保持不变。
4、数字键盘、模拟电位器、电压源、电流源、程序运行、频率运行、计算机接口等多种输入方式，控制方式灵活、方便。
5、电流限幅、转速追踪功能，适应各种应用场合。
6、液晶字符、图形显示，全中文操作界面，人机界面友好。
7、本机、远程操作自由选择。保护功能完善，变频器发生短路、过流、过载、过压故障时，系统均能即时保护。
本高压变频调速系统主要由JZHICON-1A系列变频器、远控操作箱、机旁操作箱及旁路开关柜等部分组成。其中机旁操作箱和旁路开关柜为选配设备，旁路开关柜可以采用手动或自动旁路形式，根据用户具体要求设计。系统的单线原理图如图2.1所示：
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