高壓變頻器功率單元監測裝置制造方法
【專利摘要】本發明涉及高壓變頻器功率單元監測裝置，包括控制電路、開關量檢測部分、模擬量檢測部分、數字化電路和IGBT驅動電路；所述控制電路包括DSP芯片和可編程邏輯控制器，所述DSP芯片、開關量檢測部分、數字化電路、IGBT驅動電路分別與可編程邏輯控制器連接，所述模擬量檢測部分與數字化電路連接。有益效果是：變頻器的控制系統采用數字信號處理器DSP控制；DSP的特點是運算速度快，其硬件本身就非常適合復雜的電動機控制和大量多階復雜運算；模擬量檢測結果通過數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確性。
【專利說明】高壓變頻器功率單元監測裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及高壓變頻器【技術領域】，尤其是涉及高壓變頻器功率單元監測裝置。
【背景技術】
[0002]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峻。隨著中國經濟的快速發展，能源成為制約經濟增長的瓶頸，節約降耗也就成為國家和企業嚴重關切的問題。具有理想節能效果和調速性能的高壓變頻器引起政府主管部門和各高耗能企業的高度關注，變頻成為首選的節能產品。
[0003]級聯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動問題且易于擴展電壓等級的特點，同時具有節能效果顯著等優點，使其在高壓電機變頻調速領域得到了越來越廣泛的應用。在高壓變頻驅動技術的發展過程中，由于受相關領域和自身技術發展等因素的限制，目前的級聯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，無法應用于需四象限運行的變負荷拖動系統中，限制了高壓變頻器的應用，也導致了電網電流諧波污染嚴重的問題。
[0004]針對現有技術中存在的不足，提出一種能量可以雙向傳遞，可以應用于需四象限運行的變負荷拖動系統中的高壓變頻器功率單元監測裝置。
【發明內容】
[0005]本發明為解決上述技術問題，在于提供高壓變頻器功率單元監測裝置，具有能量可以雙向傳遞，且高壓變頻器的抗干擾能力強，模擬量測量的準確性。
[0006]本發明所解決的技術問題采用以下技術方案來實現:
[0007]高壓變頻器功率單元監測裝置，包括控制電路、開關量檢測部分、模擬量檢測部分、數字化電路和IGBT驅動電路。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、開關量檢測部分、數字化電路、IGBT驅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字化電路連接。
[0008]所述控制電路可采用“DSP+可編程邏輯控制器”的方式，數字化電路的處理結果送入邏輯處理器，邏輯處理器對轉換結果進行邏輯運算，DSP根據邏輯運算的結果對變頻器發出控制指令，同時，邏輯處理器還可以控制數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場可編程門陣列芯片、復雜可編程器件芯片、微控制器芯片和數字信號處理器芯片中的一種。
[0009]所述開關量檢測部分由光耦隔離電路和信號調理電路組成，可檢測高壓變頻器熔斷器、斷路器等狀態，光耦隔離電路可有效實現電平轉換，隔離高壓部分和低壓電路，減少干擾，信號調理電路濾除諧波和毛刺，將低壓信號轉換為光滑穩定的信號送入可編程邏輯器件
[0010]所述模擬量檢測部分主要由差分電路、整形電路、濾波電路構成，，模擬量測量結果經“差分放大-整形-濾波”后經過數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確性。
[0011]所述IGBT驅動電路包括電源、邏輯控制器、電路保護、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的驅動。
[0012]所述四象限級聯型高壓變頻器功率單元監測裝置通過光纖和高壓變頻器主控板通訊。
[0013]本發明具有的有益效果是:(I)變頻器的控制系統采用數字信號處理器DSP控制；DSP的特點是運算速度快，其硬件本身就非常適合復雜的電動機控制和大量多階復雜運算；
[0014](2)模擬量檢測結果通過數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確性；
[0015](3) IGBT驅動電路除驅動IGBT之外，還可對IGBT進行過壓、欠壓等保護；(4)本裝置與高壓變頻器主控制器之間是通過光纖通信，光纖通訊減少遠距離傳輸干擾，隔離高壓，抗電磁干擾，提高信號傳輸的準確性和可靠性，使用簡單方便，大大降低了系統成本。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1是本發明高壓變頻器功率單元的結構分布圖；
[0017]圖2是本發明高壓變頻器功率單元監測裝置的組成結構圖；
[0018]圖3是本發明高壓變頻器功率單元監測裝置的使用狀態圖。
【具體實施方式】
[0019]為了使本發明實現的技術手段、創作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結合具體圖示，進一步闡述本發明。
[0020]參照圖1-2所示，高壓變頻器功率單元監測裝置，包括控制電路、開關量檢測部分、模擬量檢測部分、數字化電路和IGBT驅動電路。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、開關量檢測部分、數字化電路、IGBT驅動電路分別與FPGA連接，模擬量檢測部分與數字化電路連接。
[0021]由隔離電路和信號調理電路組成開關量檢測部分，隔離電路實現開關量的高低電平轉換，隔離高壓部分和低壓電路，信號調理電路濾除諧波和毛刺，將低壓信號轉換為光滑穩定的信號送入FPGA。
[0022]由差分電路完成模擬量的測量，測量結果經過整形、濾波處理之后送入數字化轉換電路轉換為數字信號，數字信號送入FPGA進行邏輯運算，運算結果送入數字信號處理器，數字信號處理器對模擬信號、開關量信號進行判斷和分析，將各種狀態信號通過串口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，同時，數字信號處理器也發出控制指令，控制功率單元的驅動信號。
[0023]IGBT驅動電路包括電源、邏輯控制器、電路保護、光電隔離模塊和功率放大電路，當高壓變頻器運行在第一、三象限時，整流側的IGBT作為整流二極管用，將輸出的二次側電壓全波整流；當變頻器運行在第二、四象限時，整流側的IGBT作能量回饋之用，可將電動機側發的電傳遞給移相變壓器，進而傳遞給電網，在電網和電機之間實現了能量的雙饋。[0024]該裝置通過光纖和高壓變頻器主控板通訊。
[0025]本發明的一種四象限級聯型高壓變頻器功率單元檢測裝置的使用狀態如圖3所示，本裝置的工作原理為:
[0026]本裝置連接功率單元和變頻器主控制板，負責功率單元信息檢測和控制功率單元，并負責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過本裝置后，由本裝置內的FPGA進行邏輯運算處理，并把處理結果送入變頻器主控制器，主控制器根據本裝置反饋的信息，對功率單元發出控制信號，控制信號經由本裝置，由本裝置實現對功率單元的控制，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故障，極大地降低了設備維護難度。
[0027]以上顯示和描述了本發明的基本原理和主要特征和本發明的優點。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和范圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明范圍內。本發明要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。
【權利要求】
1.高壓變頻器功率單元監測裝置，其特征在于，包括控制電路、開關量檢測部分、模擬量檢測部分、數字化電路和IGBT驅動電路；所述控制電路包括DSP芯片和可編程邏輯控制器，所述DSP芯片、開關量檢測部分、數字化電路、IGBT驅動電路分別與可編程邏輯控制器連接，所述模擬量檢測部分與數字化電路連接。
2.根據權利要求1所述的高壓變頻器功率單元監測裝置，其特征在于，所述可編程邏輯控制器為現場可編程門陣列芯片、復雜可編程器件芯片、微控制器芯片和數字信號處理器芯片中的一種。
3.根據權利要求1所述的高壓變頻器功率單元監測裝置，其特征在于，所述開關量檢測部分由光耦隔離電路和信號調理電路組成。
4.根據權利要求1所述的高壓變頻器功率單元監測裝置，其特征在于，所述模擬量檢測部分由差分電路、整形電路、濾波電路構成。
5.根據權利要求1所述的高壓變頻器功率單元監測裝置，其特征在于，所述IGBT驅動電路包括電源、邏輯控制器、電路保護、光電隔離模塊和功率放大電路。
【文檔編號】G01R31/00GK104007333SQ201310060253
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2013年2月25日 優先權日:2013年2月25日
【發明者】陳國祥 申請人:陳國祥