一種通過隔離信號鏈路采樣的變頻器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及電氣設(shè)備領(lǐng)域，具體而言，涉及一種通過隔離信號鏈路采樣的變頻器。該通過隔離信號鏈路采樣的變頻器，包括主控制器和傳感器，所述傳感器通過光纜與主控制器連接。本實(shí)用新型提供的該通過隔離信號鏈路采樣的變頻器，與現(xiàn)有技術(shù)中的變頻器中，傳感器在采集到所需要檢測的信號之后，通過長距離的屏蔽線纜將采集到的信號傳輸給含有采樣電路的主控制器中，導(dǎo)致采集到的信號在屏蔽電纜中進(jìn)行傳輸?shù)臅r(shí)候受到了外界干擾的影響相比，其通過使用光纜來連接位于變頻器內(nèi)部的傳感器和主控制器，由于光纖具有優(yōu)秀的抗干擾性能，使得變頻器內(nèi)部的傳感器所采集到的信號在傳輸時(shí)難以受到外界干擾的影響，從而解決了現(xiàn)有技術(shù)中的不足。
【專利說明】一種通過隔離信號鏈路采樣的變頻器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電氣設(shè)備領(lǐng)域，具體而言，涉及一種通過隔離信號鏈路采樣的變頻器。

【背景技術(shù)】
[0002]變頻器(Variable-frequency Drive，VFD)是應(yīng)用變頻技術(shù)與微電子技術(shù)，通過改變電機(jī)工作電源頻率方式來控制交流電動機(jī)的電力控制設(shè)備。變頻器主要由整流(交流變直流)、濾波、逆變(直流變交流)、制動單元、驅(qū)動單元、檢測單元微處理單元等組成。作為一種基本的電器設(shè)備，已經(jīng)得到了較為廣泛的應(yīng)用。
[0003]變頻器(包括逆變器)分為電壓源型和電流源型兩類，其中電壓源型按照每相能夠輸出的電平數(shù)量，分為2電平、3電平、5電平以及更多電平等，其中超過2電平的變頻器統(tǒng)稱為多電平變頻器，輸出電壓超過lkV的稱為高壓變頻器。
[0004]在單個(gè)電力電子器件耐電壓水平受限的情況下，更多的電平意味著更高的電壓輸出能力，以及輸出電壓具有更好的波形，更低的諧波，這也是電平數(shù)量增加的主要意義。
[0005]電壓源型多電平變頻器分為共直流母線結(jié)構(gòu)和變壓器隔離結(jié)構(gòu)兩類，前者的每個(gè)輸出相共用直流母線，結(jié)構(gòu)較為簡潔，但需要較為先進(jìn)的電路拓?fù)洳拍軌虍a(chǎn)生較多電平的輸出；后者由變壓器的相互隔離的繞組提供相互隔離的電源，然后通過不同繞組對應(yīng)的逆變電路間的電壓疊加實(shí)現(xiàn)多電平輸出，這種變頻器由于使用的電力電子器件的耐壓水平要求較低，因此整機(jī)成本較低，目前市場上絕大多數(shù)高壓變頻器采用此結(jié)構(gòu)，此類型的變頻器如圖1中所示，主要包括整流變壓器、功率單元兩部分。
[0006]對于這類高壓變頻器，功率單元數(shù)量較多(10kV變頻器功率單元數(shù)目多達(dá)24個(gè)以上)，體積較大，有的長達(dá)10?20米，而且由于電力電子器件的連續(xù)高速動作，柜內(nèi)電磁輻射很強(qiáng)。受到柜內(nèi)空間和絕緣設(shè)計(jì)等約束條件影響，很多電壓、電流傳感器需要安裝在上述強(qiáng)電磁輻射的柜內(nèi)，通過較長的引線接入控制系統(tǒng)。試驗(yàn)表明，變頻器需要測量的電壓、電流信號即使采用屏蔽線傳輸，仍有較多的高頻噪聲，對變頻器的控制與保護(hù)造成干擾。
[0007]對于高壓變頻器來說，進(jìn)行高精度控制的必要條件是采集的各反饋信號必須準(zhǔn)確、快速，且噪聲較小。收到干擾的信號引入變頻器的控制系統(tǒng)，將對變頻器的高精度高性能控制構(gòu)成顯著的影響。
[0008]相關(guān)技術(shù)中的變頻器，將電壓、電流傳感器的信號，通過屏蔽電纜，直接送至變頻器控制系統(tǒng)的采樣板進(jìn)行采樣。屏蔽電纜一般會經(jīng)過具有高電磁噪聲環(huán)境的變頻器柜內(nèi)部，且距離較遠(yuǎn)，有的系統(tǒng)長達(dá)10米以上。信號經(jīng)過高電磁噪聲的環(huán)境進(jìn)行傳輸后，混入了大量的噪聲。這些噪聲會對變頻器的控制和保護(hù)造成不利影響。如圖2所示，高壓變頻器分為三個(gè)部分，變壓器柜、功率單元柜和控制柜，分別位于變壓器柜和功率單元柜的兩個(gè)傳感器需要通過屏蔽電纜與位于控制柜中的主控制器電連接，實(shí)際上也就是與主控制器中的采樣電路電連接，使采樣電路能夠獲取其他兩個(gè)柜中的采樣信號。但，實(shí)際使用中，分別位于變壓器柜和功率單元柜中的傳感器與主控制器進(jìn)行信號傳輸?shù)碾娎|經(jīng)常在10米以上，信號在傳輸?shù)倪^程中極易受到干擾。
[0009]綜上，相關(guān)技術(shù)中的變頻器，在內(nèi)部進(jìn)行信號傳輸?shù)臅r(shí)候，由于信號傳輸線過長，信號在傳輸過程中容易受到干擾。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的在于提供一種通過隔離信號鏈路采樣的變頻器，以解決上述的問題。
[0011]在本發(fā)明的實(shí)施例中提供了一種通過隔離信號鏈路采樣的變頻器，其特征在于，包括主控制器和傳感器，傳感器通過光纜與主控制器連接。
[0012]優(yōu)選的，所述傳感器由電信號傳感器和與之電連接的信號采樣板組成，所述信號采樣板與所述電信號傳感器輸出端連接，且用于對所述電信號傳感器輸出的電信號進(jìn)行處理和采樣，并通過光纜與所述主控制器連接。
[0013]優(yōu)選的，傳感器包括位于變壓器柜內(nèi)的第一傳感器和位于功率單元柜內(nèi)的第二傳感器；
[0014]第一傳感器通過光纜與主控制器連接，和/或第二傳感器通過光纜與主控制器連接。
[0015]優(yōu)選的，所述傳感器還包括:位于變壓器柜內(nèi)的第一信號采樣板和位于功率單元柜內(nèi)的第二信號采樣板；
[0016]第一信號采樣板與第一傳感器通過光纜，和/或屏蔽電纜連接，第一信號采樣板通過光纜與主控制器連接；
[0017]第二信號采樣板與第二傳感器通過光纜，和/或屏蔽電纜連接，第二信號采樣板通過光纜與主控制器連接。
[0018]優(yōu)選的，第一傳感器與第一信號采樣板緊貼設(shè)置，和/或第二傳感器與第二信號采樣板緊貼設(shè)置。
[0019]優(yōu)選的，光纜為62.5/125 μ m玻璃光纖。
[0020]優(yōu)選的，屏蔽電纜為2X0.5 mm2-4X0.5 mm2屏蔽銅絞線電纜。
[0021]本發(fā)明實(shí)施例提供的一種通過隔離信號鏈路采樣的變頻器，與現(xiàn)有技術(shù)中的變頻器中，傳感器在采集到所需要檢測的信號之后，通過長距離的屏蔽線纜將采集到的信號傳輸給含有采樣電路的主控制器中，導(dǎo)致采集到的信號在屏蔽電纜中進(jìn)行傳輸?shù)臅r(shí)候受到了外界干擾的影響相比，其通過使用光纜來連接位于變頻器內(nèi)部的傳感器和主控制器，由于光纖具有優(yōu)秀的抗干擾性能，使得變頻器內(nèi)部的傳感器所采集到的信號在傳輸時(shí)難以受到外界干擾的影響，從而解決了現(xiàn)有技術(shù)中的不足。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1示出了相關(guān)技術(shù)中變頻器的整體內(nèi)部結(jié)構(gòu)關(guān)系圖；
[0023]圖2示出了相關(guān)技術(shù)中變頻器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)位置示意圖；
[0024]圖3示出了本實(shí)用新型實(shí)施例的一種通過隔離信號鏈路采樣的變頻器內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本位置關(guān)系圖；
[0025]圖4示出了本實(shí)用新型實(shí)施例的一種通過隔離信號鏈路采樣的變頻器內(nèi)部結(jié)構(gòu)的一種優(yōu)化位置關(guān)系圖；
[0026]圖5示出了本實(shí)用新型實(shí)施例的一種通過隔離信號鏈路采樣的變頻器內(nèi)部結(jié)構(gòu)的另一種優(yōu)化位置關(guān)系圖。

【具體實(shí)施方式】
[0027]下面通過具體的實(shí)施例子并結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0028]本實(shí)用新型實(shí)施例1提供了一種通過隔離信號鏈路采樣的變頻器，如圖3所示，包括主控制器和傳感器，傳感器通過光纜與主控制器電連接。傳感器是位于變頻器內(nèi)部的，并且傳感器通常設(shè)置于靠近信號源的位置，以提高傳感器獲取到信號的質(zhì)量。由于傳感器與主控制器通過光纜連接，因而提高了信號在光纜內(nèi)部的抗干擾的性能。
[0029]進(jìn)一步，所述傳感器由電信號傳感器和與之電連接的信號采樣板組成，所述信號采樣板與所述電信號傳感器輸出端連接，且用于對所述電信號傳感器輸出的電信號進(jìn)行處理和采樣，并通過光纜與所述主控制器連接。也就是電信號傳感器用于采集信號，并通過其輸出端將電信號發(fā)送給信號采樣板，信號采樣板在采集信號之后，將數(shù)字信號通過光纜傳送給主控制器。
[0030]進(jìn)一步，如圖4所示，傳感器包括:位于變壓器柜內(nèi)的第一傳感器和位于功率單元柜內(nèi)的第二傳感器；
[0031]第一傳感器通過光纜與主控制器連接，和/或第二傳感器通過光纜與主控制器連接。
[0032]如圖2所示，變壓器柜和功率單元柜中的傳感器通常是多個(gè)，多個(gè)傳感器所檢測信號的種類也可能是不同的，在柜內(nèi)的位置分布也是有差別的，每個(gè)傳感器均通過屏蔽電纜與位于控制柜中的主控制器進(jìn)行連接，將采集到的信號發(fā)送給主控制柜器中的采樣電路，主控制器中的控制芯片根據(jù)采集到的信號來實(shí)現(xiàn)對變頻器中其他結(jié)構(gòu)的控制。但位于變壓器柜和功率單元柜中的傳感器與主控制器中的采樣電路連接時(shí)，通常不能以直線的方式進(jìn)行，其原因是考慮到線路排布和線路走向的問題，直線連接不安全、容易造成混亂和對各個(gè)柜中的其他期間帶來影響，因此，各個(gè)傳感器需要與采樣電路按照既定的走線方式來連接，這種既定的走線方式通常是沿著各個(gè)柜的邊沿排線的，也就造成了用于傳輸傳感器所采集到的信號的屏蔽電纜的線路過長，在信號經(jīng)過較長的傳輸線纜進(jìn)行傳輸?shù)臅r(shí)候，即便屏蔽電纜能夠起到一定的信號屏蔽作用，也會對傳輸?shù)男盘栐斐纱罅康母蓴_，同時(shí)主控制器的控制芯片要依賴于各個(gè)傳感器所采集到的信號進(jìn)行反饋控制，一旦控制芯片所接收到的信號便是受到嚴(yán)重干擾的信號時(shí)，控制芯片所作出的反饋控制也必然是極不準(zhǔn)確的，也就是控制精度會大大降低。
[0033]雖然可以通過預(yù)估的方式來判斷干擾信號的幅值，但干擾信號的幅值通常是個(gè)變化的量，而不是常量，因此，預(yù)估的方法也無法解決變頻器中信號干擾對控制造成影響的問題。
[0034]由此，可以利用光線材質(zhì)的特點(diǎn)，使用光纜來連接各個(gè)柜中的傳感器和主控制器，光纖的基本成分是石英，只傳光，不導(dǎo)電，不受電磁場的作用，在其中傳輸?shù)墓庑盘柌皇茈姶艌龅挠绊?，故光纖傳輸對電磁干擾、工業(yè)干擾有很強(qiáng)的抵御能力。也正因?yàn)槿绱?，在光纖中傳輸?shù)男盘柌灰妆桓`聽，因而利于保密。需要說明的是，本專利所說的連接，或電連接的形式均包括直接電路連接、光纖信號連接、經(jīng)復(fù)雜信號鏈路連接、以及經(jīng)芯片邏輯處理的信號鏈路連接等。
[0035]本實(shí)用新型所提供的一種通過隔離信號鏈路采樣的變頻器不需要改變各個(gè)柜之間的架構(gòu)，而是使用光纖作為傳感器與主控制器連接線，從而使控制器所接收到的信號中的干擾很小。
[0036]進(jìn)一步，為了提高主控制器所采集到的信號質(zhì)量，如圖5所示，本實(shí)用新型所提供的變頻器中，傳感器還包括:位于變壓器柜內(nèi)的第一信號采樣板和位于功率單元柜內(nèi)的第二信號米樣板；
[0037]第一信號采樣板與第一傳感器通過光纜，和/或屏蔽電纜連接，第一信號采樣板通過光纜與主控制器連接；
[0038]第二信號采樣板與第二傳感器通過光纜，和/或屏蔽電纜連接，第二信號采樣板通過光纜與主控制器連接。
[0039]相比于模擬信號，數(shù)字信號在使用相同的介質(zhì)，傳播預(yù)定的距離，受到的干擾相對較小，因此，可以將各個(gè)傳感器所采集到的模擬信號通過對應(yīng)的信號采樣板采樣為離散的數(shù)字信號，再將采集后的數(shù)字信號通過光纜傳輸給主控制器，以使主控制器進(jìn)行相應(yīng)的控制。
[0040]當(dāng)然，為了盡量降低傳感器與對應(yīng)的信號采樣板之間在傳輸模擬信號時(shí)，給信號所帶來的干擾，第一傳感器與第一信號采樣板緊貼設(shè)置，和/或第二傳感器與第二信號采樣板緊貼設(shè)置。
[0041]位于變壓器柜和功率單元柜中的變壓器數(shù)量可能是較多的，如可以為同一個(gè)柜中的每個(gè)傳感器均配置一個(gè)與該傳感器所對應(yīng)的信號采樣板，這樣每個(gè)信號采樣板能夠與傳感器緊貼設(shè)置，以減少傳感器-信號采樣板的信號干擾，再由每個(gè)信號采樣板通過光纜與主控制器進(jìn)行連接，以傳輸數(shù)字信號。還可以是同一個(gè)柜中的傳感器公用一個(gè)信號采樣板，這樣能夠提高信號采樣板的集成化，簡化內(nèi)部布局，節(jié)省空間。具體使用哪種傳感器與信號采樣板的配置關(guān)系，可以根據(jù)具體的使用情況而定。
[0042]具體的，光纜為62.5/125 μ m玻璃光纖；屏蔽電纜為2X0.5mm2-4X0.5mm2屏蔽銅絞線電纜。優(yōu)選的，屏蔽電纜一般為3X0.5 mm2屏蔽銅絞線電纜。
[0043]本發(fā)明實(shí)施例提供的變頻器，通過使用光纜來連接位于變壓器柜內(nèi)的第一傳感器和主控制器，和/或使用光纜來連接位于功率單元柜內(nèi)的第二傳感器和主控制器，由于光纖具有優(yōu)秀的抗干擾性能，采用本實(shí)用新型所提供的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，由于充分地利用了光纖的抗干擾特性，將絕大多數(shù)的信號傳輸距離由光纖實(shí)現(xiàn)，顯著地降低了易受干擾的電信號傳輸?shù)木嚯x，因此能夠顯著地提高采樣信噪比，進(jìn)而提高系統(tǒng)的控制性能，并且還通過將信號采集板貼近設(shè)置在對應(yīng)的傳感器旁，使得傳感器所發(fā)出的模擬信號能夠先轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，再使用光纜將數(shù)字信號傳輸給主控制器，進(jìn)一步降低了采集到的信號，在傳輸時(shí)受到干擾的問題，從而更好的解決了現(xiàn)有技術(shù)中的不足。
[0044]以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種通過隔離信號鏈路采樣的變頻器，其特征在于，包括主控制器和傳感器，所述傳感器通過光纜與主控制器連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種通過隔離信號鏈路采樣的變頻器，其特征在于，所述傳感器由電信號傳感器和與之電連接的信號采樣板組成，所述信號采樣板與所述電信號傳感器輸出端連接，且用于對所述電信號傳感器輸出的電信號進(jìn)行處理和采樣，并通過光纜與所述主控制器連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種通過隔離信號鏈路采樣的變頻器，其特征在于，所述傳感器包括:位于所述變頻器的變壓器柜內(nèi)的第一傳感器和位于所述變頻器的功率單元柜內(nèi)的第二傳感器； 所述第一傳感器通過光纜與所述主控制器連接，和/或所述第二傳感器通過光纜與所述主控制器連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種通過隔離信號鏈路采樣的變頻器，其特征在于，所述傳感器還包括:位于所述變壓器柜內(nèi)的第一信號采樣板和位于所述功率單元柜內(nèi)的第二信號米樣板； 所述第一信號采樣板與所述第一傳感器通過光纜，和/或屏蔽電纜連接，所述第一信號采樣板通過光纜與所述主控制器連接； 所述第二信號采樣板與所述第二傳感器通過光纜，和丨或屏蔽電纜連接，所述第二信號采樣板通過光纜與所述主控制器連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種通過隔離信號鏈路采樣的變頻器，其特征在于，所述第一傳感器與所述第一信號采樣板緊貼設(shè)置，和/或所述第二傳感器與所述第二信號采樣板緊貼設(shè)置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種通過隔離信號鏈路采樣的變頻器，其特征在于，所述光纜為62.5/125 VIII玻璃光纖。
【文檔編號】H02M1/00GK204205915SQ201420618647
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年10月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月23日
【發(fā)明者】馬永健 申請人:北京合力電氣傳動控制技術(shù)有限責(zé)任公司