1 引言

在實際運行中如果變頻器的主控制器死機或者復位將引起變頻器停止輸出，使負荷電動機停機，這將給電廠造成巨大的損失。針對目前使用最廣泛的級聯多電平變頻器，本文采用基于fpga的變頻器慣性輸出技術，即fpga在檢測到主控制器異常時，根據記憶值維持變頻器的輸出直至控制器恢復正常，將大大提高變頻器的穩定可靠性。

　　2 級聯多電平變頻器工作原理

　　級聯多電平變頻器又稱單元串聯多電平變頻器或完美無諧波變頻器，通過串聯若干低壓功率單元的方式來實現高壓輸出，電壓電流的諧波含量低，對電網諧波污染較小，輸入功率因數較高，并且不必采用輸入諧波濾波器和功率因數變換器，在實際中應用較為廣泛[1]。以6kv變頻器為例，每相由6個額定電壓為577v的功率單元串聯，三相共有18個功率單元，分別由輸入隔離變壓器的18個二次繞組供電，18個二次繞組分3組，每組之間存在20°相位差，形成相當于18脈沖整流。使得電壓總畸變率只有3%，電流總畸變率小于4%。其結構圖如圖1所示。

　　圖1 級聯式6kv變頻器結構圖

　　功率單元的結構如圖2所示，三相交流電整流后經濾波電容濾波形成直流母線電壓，逆變器由4個耐壓為1700v的igbt模塊組成h橋式單相逆變電路，通過pwm控制，在輸出端得到變壓變頻的交流輸出，輸出電壓為單相交流0～577v，頻率為0～50hz。旁路功能是一種當設備出現故障后斷開故障點而使設備繼續正常運行功能。當需要旁路時，通過晶閘管v導通，旁路該功率單元輸出，平常正常工作時，晶閘管v處于關斷狀態。

　　圖2 級聯式變頻器功率單元結構圖

　　3 基于fpga的相位移載波spwm調制方法

　　相位移載波技術的基本原理是使用幾個1.2khz三角載波信號和一個正弦參考信號(每相) 比較，產生spwm信號。將三角載波進行合適的移相，可以消除特定次數的諧波。以a相為例，正弦調制波和三角載波如圖3所示。六級功率單元使用的正弦調制波的幅值和相位相同，而每級功率單元的三角載波形狀相同相位不同，各載波間相角依次移動2π/6即60°，這樣就可以有效抑制輸出電壓和電流變化率。h橋單元左右橋臂的調制波相位相反，有助于提高整個系統的等效載波比。試驗已證明n級單元串聯時的等效載波頻率為三角載波的頻率的2n倍，并且在該種方式控制下的直流電壓利用率高。

　　圖3 相位移載波調制原理圖

　　目前所使用的變頻器一般將上述比較過程放在cpu中完成，當cpu遇到干擾復位或程序出錯的時候，變頻器將停止輸出。由fpga來完成三角波和正弦波的比較過程將很好的解決這個問題，利用cpu的強大計算能力實時計算參與比較的正弦波，利用fpga高速度的時鐘精確產生移相三角波，然后在fpga中進行比較輸出。