專利名稱：一種四象限級聯(lián)型高壓變頻器功率單元測控裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于電力電子領(lǐng)域中的高壓變頻器功率單元測控技術(shù)，具體涉及一種四象限級聯(lián)型高壓變頻器功率單元測控裝置。
背景技術(shù)：
目前，全世界正在為能源緊缺而困擾，我國的能源形勢尤其嚴(yán)峻。隨著中國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，能源成為制約經(jīng)濟(jì)增長的瓶頸，節(jié)約降耗也就成為國家和企業(yè)嚴(yán)重關(guān)切的問題。 具有理想節(jié)能效果和調(diào)速性能的高壓變頻器引起政府主管部門和各高耗能企業(yè)的高度關(guān)注，變頻成為首選的節(jié)能產(chǎn)品。級聯(lián)型多電平高壓變頻器因其具有以低壓方式解決高壓電機驅(qū)動問題且易于擴展電壓等級的特點，同時具有節(jié)能效果顯著等優(yōu)點，使其在高壓電機變頻調(diào)速領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用。在高壓變頻驅(qū)動技術(shù)的發(fā)展過程中，由于受相關(guān)領(lǐng)域和自身技術(shù)發(fā)展等因素的限制，目前的級聯(lián)型多電平逆變器均采用二極管不控整流橋，能量只能單向傳遞， 無法應(yīng)用于需四象限運行的變負(fù)荷拖動系統(tǒng)中，限制了高壓變頻器的應(yīng)用，也導(dǎo)致了電網(wǎng)電流諧波污染嚴(yán)重的問題。針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提出本實用新型。
實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是針對現(xiàn)有級聯(lián)型多電平高壓變頻器所存在的問題，提出一種能量可以雙向傳遞，可以應(yīng)用于需四象限運行的變負(fù)荷拖動系統(tǒng)中的級聯(lián)型高壓變頻器功率單元測控裝置。本實用新型所采用的技術(shù)方案是一種四象限級聯(lián)型高壓變頻器功率單元測控裝置，包括控制電路、開關(guān)量檢測部分、模擬量檢測部分、數(shù)字化電路和IGBT驅(qū)動電路。所述控制電路采用“DSP+可編程邏輯控制器”的方式，以可編程邏輯控制器為整個裝置的電路核心，DSP芯片、開關(guān)量檢測部分、數(shù)字化電路、IGBT驅(qū)動電路分別與可編程邏輯控制器連接， 模擬量檢測部分與數(shù)字化電路連接。所述控制電路可采用“DSP+可編程邏輯控制器”的方式，其中可編程邏輯控制器可選擇現(xiàn)場可編程門陣列芯片、復(fù)雜可編程器件芯片、微控制器芯片和數(shù)字信號處理器芯片中的一種。所述開關(guān)量檢測部分由光耦隔離電路和信號調(diào)理電路組成。所述模擬量檢測部分主要由差分電路、整形電路、濾波電路構(gòu)成，模擬量檢測部分的檢測結(jié)果經(jīng)過數(shù)字化電路處理后送入可編程邏輯控制器。所述IGBT驅(qū)動電路包括電源、邏輯控制器、電路保護(hù)、光電隔離模塊和功率放大電路，包括對整流和逆變兩個部分IGBT的驅(qū)動。所述四象限級聯(lián)型高壓變頻器功率單元測控裝置通過光纖和高壓變頻器主控板通訊。[0012]所述四象限級聯(lián)型高壓變頻器功率單元測控裝置采用適合各功率單元的通用型設(shè)計。本實用新型的優(yōu)點在于1、變頻器的控制系統(tǒng)采用數(shù)字信號處理器DSP控制。DSP的特點是運算速度快，其硬件本身就非常適合復(fù)雜的電動機控制和大量多階復(fù)雜運算。2、模擬量檢測結(jié)果通過數(shù)字化電路送入可編程邏輯器件的處理方式，提高了高壓變頻器的抗干擾能力，確保了模擬量測量的準(zhǔn)確性。3、IGBT驅(qū)動電路除驅(qū)動IGBT之外，還可對IGBT進(jìn)行過壓、欠壓等保護(hù)。4、本裝置與高壓變頻器主控制器之間是通過光纖通信，光纖通訊減少遠(yuǎn)距離傳輸干擾，隔離高壓，抗電磁干擾，提高信號傳輸?shù)臏?zhǔn)確性和可靠性，使用簡單方便，大大降低了系統(tǒng)成本。下面通過附圖和具體實施方式
來進(jìn)一步闡述本實用新型。
圖1是本實用新型所述級聯(lián)型高壓變頻器功率單元的結(jié)構(gòu)分布圖。圖2是本實用新型所述四象限級聯(lián)型高壓變頻器功率單元測控裝置的組成結(jié)構(gòu)圖。圖3是本實用新型所述四象限級聯(lián)型高壓變頻器功率單元測控裝置的使用狀態(tài)圖。
具體實施方式
下面通過附圖和具體實施方式
來進(jìn)一步闡述本實用新型。圖1所示為級聯(lián)型高壓變頻器功率單元A1-Ap B1-Bn, C1-Cn的分布結(jié)構(gòu)。如圖2所示，一種四象限級聯(lián)型高壓變頻器功率單元測控裝置，包括控制電路、開關(guān)量檢測部分、模擬量檢測部分、數(shù)字化電路和IGBT驅(qū)動電路。所述控制電路采用“DSP+ 可編程邏輯控制器”的方式，以可編程邏輯控制器為整個裝置的電路核心，DSP芯片、開關(guān)量檢測部分、數(shù)字化電路、IGBT驅(qū)動電路分別與可編程邏輯控制器連接，模擬量檢測部分與數(shù)字化電路連接。所述控制電路可采用“DSP+可編程邏輯控制器”的方式，數(shù)字化電路的處理結(jié)果送入邏輯處理器，邏輯處理器對轉(zhuǎn)換結(jié)果進(jìn)行邏輯運算，DSP根據(jù)邏輯運算的結(jié)果對變頻器發(fā)出控制指令，同時，邏輯處理器還可以控制數(shù)字化處理的時序和處理過程，其中可編程邏輯控制器可選擇現(xiàn)場可編程門陣列芯片、復(fù)雜可編程器件芯片、微控制器芯片和數(shù)字信號處理器芯片中的一種。所述開關(guān)量檢測部分由光耦隔離電路和信號調(diào)理電路組成，可檢測高壓變頻器熔斷器、斷路器等狀態(tài)，光耦隔離電路可有效實現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換，隔離高壓部分和低壓電路，減少干擾，信號調(diào)理電路濾除諧波和毛刺，將低壓信號轉(zhuǎn)換為光滑穩(wěn)定的信號送入可編程邏輯器件。所述模擬量檢測部分主要由差分電路、整形電路、濾波電路構(gòu)成，，模擬量測量結(jié)果經(jīng)“差分放大一整形一濾波”后經(jīng)過數(shù)字化電路處理送入可編程邏輯控制器，此種處理方式是針對高壓變頻器的使用環(huán)境惡劣，高溫、高諧波、高噪聲的情況下，提高了高壓變頻器的抗干擾能力，確保了模擬量測量的準(zhǔn)確性。模擬量測量結(jié)果送入數(shù)字化電路進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)果送入可編程邏輯控制器，可編程邏輯控制器對轉(zhuǎn)換結(jié)果進(jìn)行邏輯運算和處理，可編程邏輯控制器還可對數(shù)字化電路發(fā)出控制信號，控制模擬信號的轉(zhuǎn)換時序和處理過程，同時，硬件編程語言可實現(xiàn)對模擬信號的多次采樣，對數(shù)字信號進(jìn)行軟件濾波，對高壓和諧波信號進(jìn)行了第二次濾波，提高抗干擾能力。所述IGBT驅(qū)動電路包括電源、邏輯控制器、電路保護(hù)、光電隔離模塊和功率放大電路，包括對整流和逆變兩個部分IGBT的驅(qū)動，當(dāng)高壓變頻器運行在第一、三象限時，整流側(cè)的IGBT作為整流二極管用，將輸出的二次側(cè)電壓全波整流；當(dāng)變頻器運行在第二、四象限時，整流側(cè)的IGBT作能量回饋之用，可將電動機側(cè)發(fā)的電傳遞給移相變壓器，進(jìn)而傳遞給電網(wǎng)，在電網(wǎng)和電機之間實現(xiàn)了能量的雙饋。所述四象限級聯(lián)型高壓變頻器功率單元測控裝置通過光纖和高壓變頻器主控板通訊，光纖通訊可減少遠(yuǎn)距離傳輸干擾，隔離高壓，抗電磁干擾，提高信號傳輸?shù)臏?zhǔn)確性和可靠性，使用簡單方便，大大降低了系統(tǒng)成本。所述四象限級聯(lián)型高壓變頻器功率單元測控裝置采用適合各功率單元的通用型設(shè)計，可實現(xiàn)各功率單元測量裝置互換，提高兼容性。實施例1一種四象限級聯(lián)型高壓變頻器功率單元測控裝置，包括控制電路、開關(guān)量檢測部分、模擬量檢測部分、數(shù)字化電路和IGBT驅(qū)動電路。所述控制電路采用“DSP+FPGA”的方式， 以FPGA為整個裝置的電路核心，DSP芯片、開關(guān)量檢測部分、數(shù)字化電路、IGBT驅(qū)動電路分別與FPGA連接，模擬量檢測部分與數(shù)字化電路連接。由隔離電路和信號調(diào)理電路組成開關(guān)量檢測部分，隔離電路實現(xiàn)開關(guān)量的高低電平轉(zhuǎn)換，隔離高壓部分和低壓電路，信號調(diào)理電路濾除諧波和毛刺，將低壓信號轉(zhuǎn)換為光滑穩(wěn)定的信號送入FPGA。由差分電路完成模擬量的測量，測量結(jié)果經(jīng)過整形、濾波處理之后送入數(shù)字化轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，數(shù)字信號送入FPGA進(jìn)行邏輯運算，運算結(jié)果送入數(shù)字信號處理器，數(shù)字信號處理器對模擬信號、開關(guān)量信號進(jìn)行判斷和分析，將各種狀態(tài)信號通過串口 RS485傳給工控機，工控機上的人機界面上可實時觀測到功率單元的運行狀態(tài)，同時，數(shù)字信號處理器也發(fā)出控制指令，控制功率單元的驅(qū)動信號。IGBT驅(qū)動電路包括電源、邏輯控制器、電路保護(hù)、光電隔離模塊和功率放大電路， 包括對整流和逆變兩個部分IGBT的驅(qū)動，當(dāng)高壓變頻器運行在第一、三象限時，整流側(cè)的 IGBT作為整流二極管用，將輸出的二次側(cè)電壓全波整流；當(dāng)變頻器運行在第二、四象限時， 整流側(cè)的IGBT作能量回饋之用，可將電動機側(cè)發(fā)的電傳遞給移相變壓器，進(jìn)而傳遞給電網(wǎng)，在電網(wǎng)和電機之間實現(xiàn)了能量的雙饋。該裝置通過光纖和高壓變頻器主控板通訊。本實用新型的一種四象限級聯(lián)型高壓變頻器功率單元檢測裝置的使用狀態(tài)如圖3 所示，本裝置的工作原理為本裝置連接功率單元和變頻器主控制板，負(fù)責(zé)功率單元信息檢測和控制功率單
5元，并負(fù)責(zé)與變頻器主控制器通訊，檢測部分檢測到的功率單元信息經(jīng)過本裝置后，由本裝置內(nèi)的FPGA進(jìn)行邏輯運算處理，并把處理結(jié)果送入變頻器主控制器，主控制器根據(jù)本裝置反饋的信息，對功率單元發(fā)出控制信號，控制信號經(jīng)由本裝置，由本裝置實現(xiàn)對功率單元的控制，變頻器主控制器與控制臺的人機界面通訊，整個過程都可通過人機界面顯示，維修人員可通過控制臺的人機界面方便地判斷系統(tǒng)故障，極大地降低了設(shè)備維護(hù)難度。
權(quán)利要求1.一種四象限級聯(lián)型高壓變頻器功率單元測控裝置，其特征在于，包括控制電路、開關(guān)量檢測部分、模擬量檢測部分、數(shù)字化電路和IGBT驅(qū)動電路；所述控制電路采用“DSP+可編程邏輯控制器”的方式，以可編程邏輯控制器為整個裝置的電路核心，DSP芯片、開關(guān)量檢測部分、數(shù)字化電路、IGBT驅(qū)動電路分別與可編程邏輯控制器連接，模擬量檢測部分與數(shù)字化電路連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種四象限級聯(lián)型高壓變頻器功率單元測控裝置，其特征在于所述控制電路可采用“DSP+可編程邏輯控制器”的方式，其中可編程邏輯控制器可選擇現(xiàn)場可編程門陣列芯片、復(fù)雜可編程器件芯片、微控制器芯片和數(shù)字信號處理器芯片中的一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種四象限級聯(lián)型高壓變頻器功率單元測控裝置，其特征在于所述開關(guān)量檢測部分由光耦隔離電路和信號調(diào)理電路組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種四象限級聯(lián)型高壓變頻器功率單元測控裝置，其特征在于所述模擬量檢測部分主要由差分電路、整形電路、濾波電路構(gòu)成，模擬量檢測部分的檢測結(jié)果經(jīng)過數(shù)字化電路處理后送入可編程邏輯控制器。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種四象限級聯(lián)型高壓變頻器功率單元測控裝置，其特征在于所述IGBT驅(qū)動電路包括電源、邏輯控制器、電路保護(hù)、光電隔離模塊和功率放大電路，包括對整流和逆變兩個部分IGBT的驅(qū)動。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種四象限級聯(lián)型高壓變頻器功率單元測控裝置，其特征在于所述四象限級聯(lián)型高壓變頻器功率單元測控裝置通過光纖和高壓變頻器主控板通訊。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種四象限級聯(lián)型高壓變頻器功率單元測控裝置，其特征在于所述四象限級聯(lián)型高壓變頻器功率單元測控裝置采用適合各功率單元的通用型設(shè)計。
專利摘要本實用新型公開了一種四象限級聯(lián)型高壓變頻器功率單元測控裝置，其特征在于，包括控制電路、開關(guān)量檢測部分、模擬量檢測部分、數(shù)字化電路和IGBT驅(qū)動電路。所述控制電路采用“DSP+可編程邏輯控制器”的方式，以可編程邏輯控制器為整個裝置的電路核心，DSP芯片、開關(guān)量檢測部分、數(shù)字化電路、IGBT驅(qū)動電路分別與可編程邏輯控制器連接，模擬量檢測部分與數(shù)字化電路連接。本實用新型的優(yōu)點在于，采用DSP芯片使整個裝置的運行速度和精度得到了很大的提升，而且有抗干擾性強、測量準(zhǔn)確、操作簡單、維護(hù)方便等特點。
文檔編號H02M7/66GK201976063SQ201120106959
公開日2011年9月14日 申請日期2011年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月13日
發(fā)明者彭勃, 曹洋, 李毅鑫, 羅仁俊, 范偉, 藍(lán)徳劭, 陳孟君, 黃超 申請人:株洲變流技術(shù)國家工程研究中心有限公司