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1、(10)申请公布号 CN 104201938 A (43)申请公布日 2014.12.10 CN 104201938 A (21)申请号 201410371212.0 (22)申请日 2014.07.30 H02P 1/30(2006.01) (71)申请人 广州智光电气股份有限公司 地址 510760 广东省广州市黄埔区云埔工业 区埔南路 51 号 (72)发明人 刘卫军 孙开发 袁俊波 许贤昶 (74)专利代理机构 广东广信君达律师事务所 44329 代理人 林梅繁 (54) 发明名称 一种基于 CPLD 的变频器软启动方法 (57) 摘要 本发明公开了一种基于 CPLD 的变频器软启 动。
2、方法， 对电网电压过零检测得到方波信号 ； 然 后由 CPLD 对方波信号进行相位调整， 获取调整后 方波信号的相位及频率信息 ； 根据获取的相位及 频率信息调整变频器输出电压的相位及频率， 锁 定变频器输出电压 ； 最后把电动机的供电源从变 频器切换到工频电网电压， 完成变频器同步切换。 本发明能精准得到电网电压的相位及频率信息， 大大提高了锁相环同步切换时电网电压与变频器 输出电压这两个电压波形的重合度， 解决了变频 器启动时对电网冲击大的技术问题。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要。
3、求书1页 说明书3页 附图1页 (10)申请公布号 CN 104201938 A CN 104201938 A 1/1 页 2 1. 一种基于 CPLD 的变频器软启动方法， 其特征在于， 包括以下步骤 ： S1、 对电网电压进行过零检测， 得到包含相位信息的方波信号 ； S2、 CPLD 根据方波信号与电网电压信号的相位差值大小， 调整步骤 S1 所述方波信号的 相位， 得到相位调整后的方波信号 ； S3、 CPLD 对相位调整后的方波信号进行相位识别， 获得相位信息 ； S4、 CPLD 对相位调整后的方波信号进行频率计算， 获得频率信息 ； S5、 控制变频器输出电压频率， 当变频器输出。
4、电压频率等于步骤 S4 所获取的频率信息 时锁定 ； 控制变频器输出电压相位， 当变频器输出电压相位与步骤 S3 所获取的相位信息同 相时锁定 ； S6、 将电动机的供电源从变频器切换到工频电网电压。 2. 根据权利要求 1 所述的变频器软启动方法， 其特征在于， 步骤 S2 调整方波信号的相 位过程如下 ： 测量方波信号与电网电压信号的相位差值 ； 根据所述相位差值的大小， CPLD 将方波信号的上升沿、 下降沿推迟翻转， 得到一个相位调整后的方波信号。 3. 根据权利要求 1 所述的变频器软启动方法， 其特征在于， 步骤 S3 相位识别的过程如 下 ： 在 CPLD 内设计异步清零的计数器。
5、， 由计数器对所述相位调整后的方波信号在一个周期 内的相位信息进行计数。 4. 根据权利要求 3 所述的变频器软启动方法， 其特征在于， 所述计数器的清零信号为 所述经相位调整后方波信号的上升沿。 5. 根据权利要求 1 所述的变频器软启动方法， 其特征在于， 步骤 S4 频率计算的过程如 下 ： 对所述相位调整后的方波信号的方波个数进行计数。 6. 根据权利要求 5 所述的变频器软启动方法， 其特征在于， 步骤 S4 对方波个数进行计 数时， 在相位调整后的方波信号的每一个上升沿计数加 1。 7. 根据权利要求 1 所述的变频器软启动方法， 其特征在于， 步骤 S5 的控制由主控微处 理器完。
6、成， 由 CPLD 获取的相位和频率信息放置于 CPLD 和主控微处理器的总线上供主控微 处理器读取。 8. 根据权利要求 7 所述的变频器软启动方法， 其特征在于， 所述主控微处理器实时读 取总线上的频率信息， 主控微处理器控制变频器输出电压频率使其等于所读取的频率信 息， 当变频器输出电压频率达到所读取的频率信息时锁定 ； 锁定之后， 主控微处理器实时读 取总线上的相位信息， 并与当前变频器输出电压的相位作比较， 调整变频器输出电压的相 位， 使其向所读取的相位信息靠拢， 当两者达到同相时锁定变频器输出电压。 9. 根据权利要求 7 或 8 所述的变频器软启动方法， 其特征在于， 当 CP。
7、LD 持续若干微秒 未检测到方波信号时， CPLD 判定为锁相故障， 向主控微处理器输出中断信号， 主控微处理器 停止变频器输出。 权 利 要 求 书 CN 104201938 A 2 1/3 页 3 一种基于 CPLD 的变频器软启动方法 技术领域 0001 本发明涉及高压变频器软启动技术， 具体涉及一种基于 CPLD 的变频器软启动方 法。 背景技术 0002 电动机在空载直接工频启动时， 启动电流一般是运行电流的47倍， 对电网冲击 很大。当前， 降低启动电流的方法有很多种， 其中变频器软启动是一种理想的方法。变频 器软启动， 是变频器加速将电机拖动到 50Hz， 进入锁相环路的搜索范围。
8、， 调整和锁定变频器 输出电压的频率、 相位、 幅值等使其与电网电压一致， 快速合上电网电压与电动机之间的连 接， 然后断开变频器与电机的连接， 完成变频器到电网的无扰同步切换。 在从变频切换到工 频的过程中， 对变频器输出电压和电网电压的相位、 频率重合度要求非常高 ； 在切换时， 上 述两个波形重合度越高， 对电网、 变频器、 电机等造成的冲击或损害就会越小。 0003 在现有变频器软启动技术中， 比较常见的为采用可控硅或晶闸管等电子元器件来 实现直流母线电压的缓慢上升， 从而完成变频器的软启动。 这类技术电路结构相对复杂， 且 难以控制变频器输出电压和电网电压的重合度。 发明内容 000。
9、4 本发明提供一种基于 CPLD 的变频器软启动方法， 采用 CPLD 检测电网电压的相位 及频率信息， 再由主控微处理器根据所检测的相位及频率信息实时调整变频器输出电压， 实现变频器无扰同步切换， 解决了现有技术难以控制变频器输出电压与电网电压重合度， 造成变频器启动时对电网冲击大的技术问题。 0005 为了解决上述技术问题， 本发明采用如下技术方案 ： 基于 CPLD 的变频器软启动方 法， 包括以下步骤 ： 0006 S1、 对电网电压进行过零检测， 得到包含相位信息的方波信号 ； 0007 S2、 CPLD 根据方波信号与电网电压信号的相位差值大小， 调整步骤 S1 所述方波信 号的相。
10、位， 得到相位调整后的方波信号 ； 0008 S3、 CPLD 对相位调整后的方波信号进行相位识别， 获得相位信息 ； 0009 S4、 CPLD 对相位调整后的方波信号进行频率计算， 获得频率信息 ； 0010 S5、 控制变频器输出电压频率， 当变频器输出电压频率等于步骤 S4 所获取的频率 信息时锁定 ； 控制变频器输出电压相位， 当变频器输出电压相位与步骤 S3 所获取的相位信 息同相时锁定 ； 0011 S6、 将电动机的供电源从变频器切换到工频电网电压。 0012 在一个优选的实施例中， 步骤 S2 调整方波信号的相位过程如下 ： 测量方波信号与 电网电压信号的相位差值 ； 根据所。
11、述相位差值的大小， CPLD 将方波信号的上升沿、 下降沿 推迟翻转， 得到一个相位调整后的方波信号。 0013 在一个优选的实施例中， 步骤S3相位识别的过程如下 ： 在CPLD内设计异步清零的 说 明 书 CN 104201938 A 3 2/3 页 4 计数器， 由计数器对所述相位调整后的方波信号在一个周期内的相位信息进行计数。所述 计数器的清零信号为所述经相位调整后方波信号的上升沿。 0014 在一个优选的实施例中， 步骤 S4 频率计算的过程如下 ： 对所述相位调整后的方波 信号的方波个数进行计数。对方波个数进行计数时， 在相位调整后的方波信号的每一个上 升沿计数加 1。 0015 。
12、优选地， 步骤S5的控制由主控微处理器完成， 由CPLD获取的相位和频率信息放置 于 CPLD 和主控微处理器的总线上供主控微处理器读取。所述主控微处理器实时读取总线 上的频率信息， 主控微处理器控制变频器输出电压频率使其等于所读取的频率信息， 当变 频器输出电压频率达到所读取的频率信息时锁定 ； 锁定之后， 主控微处理器实时读取总线 上的相位信息， 并与当前变频器输出电压的相位作比较， 调整变频器输出电压的相位， 使其 向所读取的相位信息靠拢， 当两者达到同相时锁定变频器输出电压。 0016 优选地， 当 CPLD 持续若干微秒未检测到方波信号时， CPLD 判定为锁相故障， 向主 控微处理。
13、器输出中断信号， 主控微处理器停止变频器输出。 0017 为了最大限度降低切换时对电网造成的电流冲击， 本发明采用以下软启动原理 ： 通过对电网侧输入电压进行采样处理， 转换成含有正弦信号正负半波信息的方波信号， 由 CPLD 采集该方波信号， 并通过 CPLD 内部程序设计， 还原出精准的可量化的相位及频率信 息， 并将其传送至变频器主控微处理器。主控微处理器根据电网输入电压的相位、 频率信 息， 调整高压变频器输出电压的相位和频率， 由于电网输入电压为固定频率， 当高压变频器 输出电压的频率等于电网电压的频率时， 即达到锁定 ； 锁定频率之后， 主控微处理器不断搜 索电网电压相位， 并调整。
14、高压变频器输出电压的相位， 使其向电网电压相位靠拢， 当两者的 相位相同时锁定变频器输出电压， 主控微处理器发出切换指令， 首先合上工频电网电压与 电机的连接， 再断开高压变频器与电动机的连接， 完成变频器无扰同步切换。 0018 与现有技术相比， 本发明具有如下优点及有益效果 ： 具有快速的响应时间和运算 能力， 能精准得到电网电压的相位及频率信息， 大大提高了锁相环同步切换时电网电压与 变频器输出电压这两个电压波形的重合度， 从而降低了锁相同步切换时对电网的二次电流 冲击。 附图说明 0019 图 1 是本发明实施例的硬件结构框图 ； 0020 图 2 是本发明实施例的流程图。 具体实施方。
15、式 0021 下面将结合实施例及说明书附图， 对本发明作进一步详细的描述， 但本发明的实 施方式不限于此。 0022 实施例 0023 如图 1 所示， 本发明在硬件结构上包括依次连接的过零检测比较电路、 CPLD 及主 控微处理器 ； CPLD、 主控微处理器采用总线相连， 该总线时序由主控微处理器控制 ； 同时， CPLD一个具有输出功能的引脚直接与主控微处理器的硬件中断引脚相连。 为了检测电网电 压的相位和频率信息， 本发明直接对电网电压进行采样检测， 采样到的电网电压信号经过 说 明 书 CN 104201938 A 4 3/3 页 5 过零检测电路转换为含有正弦信号正负半波信息的方波。
16、信号， 并将该方波信号送入 CPLD， CPLD 内部程序对方波信号进行相位、 频率调整和计算处理， 得到精准的数字相位信息和频 率信息， 此信息通过总线送至主控微处理器。如图 2 所示， 本发明实现变频器软启动的步骤 如下 ： 0024 1、 对电网电压 (50Hz) 进行过零检测， 得到包含相位信息的方波信号， 该方波信号 的高电平表示输入电压正弦信号的正半波， 低电平表示输入电压正弦信号的负半波， 方波 信号频率为 50Hz。从而将 50Hz 电网电压信号转化为一个连续的正负方波信号。其中， 过零 检测采用过零检测比较电路来完成。 0025 2、 方波信号经过光耦隔离后送至CPLD， 进。
17、行相位调整。 由于硬件电路的固有属性， 经过一系列处理后所得到的方波信号与原始的电网电压信号其零点并不是完全重合的， 大 约延时 60s， 为此在 CPLD 内部需要对方波信号进行相位调整。相位调整的过程为 ： 0026 首先， 测量方波信号与电网电压信号的相位差值 ； 然后根据差值的大小， 在 CPLD 内部将方波信号的上升沿、 下降沿推迟翻转， 得到一个相位调整后的方波信号。 0027 3、 对相位调整后的方波信号进行相位识别， 获得相位信息。在 CPLD 内部设计一个 异步清零计数器， 由计数器对相位调整后的方波信号在一个周期内的相位信息进行计数， 计数器的时钟信号采用周期为 5s 的脉。
18、冲信号， 时钟信号来源于晶振分频 ； 所以一个 50Hz 的电网电压信号在一个周期的计数值为4000。 而清零信号为步骤2经相位调整后方波信号 的上升沿， 计数器的数值即包含相位信息。 0028 4、 对相位调整后的方波信号进行频率计算， 获得频率信息。对步骤 2 经相位调整 后方波信号的方波个数进行计数， 在相位调整后的方波信号的每一个上升沿计数加 1， 以 1S 为计数周期， 得到的计数值即含有频率信息。 0029 在步骤 3、 4 中， 由 CPLD 获取的相位和频率信息放置于 CPLD 和主控微处理器的总 线上供主控微处理器读取。 0030 5、 锁相故障保护。若 CPLD 持续几个微。
19、秒 ( 例如 10s) 未检测到方波信号， 此时 CPLD 判定为锁相故障， 将拉低主控微处理器的硬件中断引脚信号， 此时主控微处理器立即 停止变频器输出， 对变频器、 电机及电网起到及时的保护。 0031 6、 切换过程， 将电动机的供电源从变频器切换到工频电网电压。主控微处理器实 时读取总线上的频率信息， 主控微处理器控制变频器输出电压频率使其等于所读取的频率 信息， 当变频器输出电压频率达到电网电压频率 ( 即所读取的频率信息 ) 时锁定 ； 锁定之 后， 主控微处理器实时读取总线上的相位信息， 并与当前变频器输出电压的相位作比较， 并 调整高压变频器输出电压的相位， 使其向工频相位(即所读取的相位信息)靠拢， 当两者达 到同相时立即锁定变频器输出电压 ； 然后主控微处理器发出切换指令， 首先合上工频电网 电压与电动机的连接， 再断开高压变频器与电动机的连接， 完成变频器无扰同步切换。 0032 上述实施例为本发明较佳的实施方式， 但本发明的实施方式并不受上述实施例的 限制， 其他任何未背离本发明的精神实质和原理下所作的修改、 修饰、 替代、 组合、 简化， 均 应为等效的置换方式， 都应包含在本发明的保护范围之内。 说 明 书 CN 104201938 A 5 1/1 页 6 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 104201938 A 6 。