CN100369372C - 高压变频器中的控制信号传送装置 - Google Patents

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本发明公开一种高压变频器中的控制信号传送装置，它是一种高实时性，低成本的控制信号传送装置。利用对控制命令的实时性要求远低于对PWM信号的要求这一特性，采用一根光纤高实时性地传输高压变频器中的PWM信号和各种控制命令，满足对单相桥式逆变器控制的高实时性要求，而且线路简单，工作可靠，装置成本也低。本发明是连接于控制器1与单相桥式逆变器2之间的信号传输装置，其组成包括一个分离及调制电路3和解调电路4，用一根光纤5传送，通过分离及调制电路，上述信号在时间上互相分离。

Description

高压变频器中的控制信号传送装置
技术领域
本发明属于电子技术领域，用于高压变频器中的控制信号传送，特别应用于含有多个单相桥式逆变器的变频装置，特别是控制器与单相桥式逆变器距离较远，变频器电压较高，逆变器数量较大以及对控制的实时性及产品成本要求较高的场合，如多单元串联高压变频器。
背景技术
高压变频器中有众多控制信号，须在低压的控制器和数量大、电压高的单相桥式逆变器功率单元之间利用光纤传送，其难点在于必须在实时传送PWM信号的同时传送某些控制命令。为了传送这些信号现有变频器采用以下装置：一种是配置多路通道，每路只传送一部分信号，如图1，以保持控制信号的高实时性，但其成本较高，可靠性下降。另一种如图2，是采用数据通信方式，将所有控制信号，集中在一根光纤中传输，由于对某些控制信号实时性要求较高，信息量大，同时为了提高信息传输的可靠性，必须附加信号回传及校验计算等措施，使整个系统的控制响应更慢，复杂性增加，成本也较高，目前国外同类产品在10Mb it/s的传输速度下，系统对控制的响应延时长达10ms，难以适应控制高实时性的要求，如矢量控制的要求。
发明内容
本发明目的是公开一种高压变频器中的控制信号传送装置，它是一种高实时性，低成本的控制信号传送装置。利用对控制命令的实时性要求远低于对PWM信号的要求这一特性，采用一根光纤高实时性地传输高压变频器中的PWM信号和各种控制命令，满足对单相桥式逆变器控制的高实时性要求，而且线路简单，工作可靠，装置成本也低。
本发明是连接于控制器与单相桥式逆变器之间的信号传输装置，其组成包括一个分离及调制电路(3)和解调电路(4)，其特征是分离及调制电路(3)输入一个PWM信号和极性信号代替二个PWM信号，在调制前用极性信号将PWM信号分为时间上互相分离的二个信号，经过脉冲调制后叠加成一个信号进行传送，在单相桥式逆变器处解调、分解成二个PWM信号(已另申请专利)；分离及调制电路还输入多个控制命令，与PWM信号同时传送的控制命令，采用同一根光纤传输。可根据控制信号的特征采用在PWM信号的间隙传送或在PWM的间隙传送置位和复位脉冲信号来代替原控制命令的传送或利用PwM信号的跳变沿处理后代表一种控制命令的存在的方式。用一根光纤(5)传送，通过分离及调制电路，上述信号在时间上互相分离。
采用在PwM信号的间隙传送的分离及调制电路(3)，其中单稳态触发器(6)的脉冲宽度T1越大，传递的频率越高，延时越小。但T1《Tmin，其中，Tmin为其后的脉冲间隙大于T2的最小PWM脉冲宽度，例如T1可以取为三角载波周期的一半。T2为单稳态触发器(7)的脉冲宽度，也就是发送信号的脉冲宽度，fc为可触发的对称脉冲发生器的频率。在分离电路中控制命令被转换为与PWM信号在时间上相分离的脉冲信号。与此相关的解调电路中，Tc为单稳态触发器(13)、(15)的脉冲宽度，Tc＝1/2fc，T3为补偿Tc的偏差的小延时。T4为抗干扰延时。T5为保证最高参考波频率下已解调的控制命令能维持连续所需的延时。正确选择各参数时，可使控制命令传送的延时减小。
在PwM间隙传送置位和复位脉冲信号来代替原控制命令的传送，其分离及调制电路见图6，参数说明同上。在分离电路中控制命令被转换为与PWM信号在时间上相分离的置位及复位脉冲。解调电路见图7。图中：Tc1＝1/2fc1，Tc2＝1/2fc2，fc1、fc2见图6。
本线路特别适合于对传送延时要求不严的信号，此时图6中的T1和T3可选用较小的值，传送更可靠。
利用PWM信号的跳变沿处理后代表一种控制命令.是基于在工作中控制器除向单相桥式逆变器发出PWM信号外，还需发送一栅控脉冲允许信号，当停止发送PWM信号时就将此控制命令取消，控制脉冲被封锁。此控制命令可利用接收到的PWM信号的跳变沿处理后产生，可重复触发的单稳态触发器的脉冲宽度T1应比PWM信号中最宽脉冲的宽度略大，就能保证工作中有PWM信号时单稳态触发器的输出始终为“1″，栅控脉冲被允许。当PWM信号停止后，经T1延时，栅控脉冲被封锁。由于T1约为三角载波的周期，延时很小，满足单相桥式逆变器特殊控制的要求。
附图说明
图1为本发明已有技术1的电原理图；
图2为本发明已有技术2的电原理图；
图3本发明的电原理图；
图4为本发明实施例1的分离及调制电路电原理图；
图5为本发明实施例1的解调电路电原理图；
图6为本发明实施例2的分离及调制电路电原理图；
图7为本发明实施例2的解调电路电原理图；
图8为本发明实施例3电原理图。
具体实施方式
图1为本发明已有技术1的电原理图，连接控制器和单相桥式逆变器的控制信号传输装置，采用多通道传输。通常二个PWM信号用二个通道直接传送，使用一个综合电路(49)，输入各种控制命令，综合成一个信号后用光纤传送。
图2为本发明已有技术2的电原理图，连接控制器和单相桥式逆变器的控制信号传输装置，采用通信方式传输。使用一个通信电路(50)，其输入为二个PWM信号和各种控制命令，其输出为按确定的通信规程由上述信息组成的通信数据。经光纤传送到一个通信电路(51)，它的输入为接收到的通信数据，经过处理，输出两个PWM信号和各种控制命令。
图3为本发明的电原理图，连接控制器和单相桥式逆变器的控制信号传输装置，采用一个分离及调制电路(3)，输入PWM信号、极性信号和各种控制命令，在电路(3)中利用极性信号将PWM信号分为时间上互相分离的两个信号，经脉冲调制后互相叠加成一个已调制PWM信号进行传送。将与PWM信号同时传送的控制命令通过电路(3)，在时间上与PWM信号分离开来，经脉冲调制后与已调制PWM信号叠加成一个已调制控制信号，经光纤(5)传送到一个解调电路(4)。电路(4)的输入为收到的已调制控制信号。经解调，输出+PWM信号、-PWM信号和各种控制命令。+PWM信号、-PWM信号经过一个分解电路分解为PWMI和PWM2两个信号。
图4为实施例1的分离及调制电路电原理图单稳态触发器(6)的输入为PWM信号，输出脉冲宽度为T1的脉冲列。反相器(7)将(6)的输出反相后输出。与门(8)的一个输入为PWM信号，另一输入为(7)的输出。当PWM信号的脉冲宽度小于单稳态触发器(6)的脉冲宽度时，或非门(8)输出宽度为上述差值的脉冲，在这段时间中可以发送控制命令脉冲。与门(9)的一个输入为或非门(8)的输出，另一个输入为要传送的控制命令。当或非门(8)有输出时，控制命令才被允许通过与门(9)而形成控制命令脉冲。与门(9)的输出作为单稳态触发器(10)的输入，每当有控制命令脉冲被与门(9)允许通过时，单稳态触发器(10)输出一个宽度为TZ的脉冲。可触发的对称脉冲发生器(11)的触发输入和复位输入均为(10)的输出，在(10)的输出的作用下，(11)输出一个频率为fc，宽度为T2的脉冲列，此即已调制控制命令。或门(12)的输入为已调制控制命令和已调制PWM信号，两者在这里叠加后，经电光转换器和光纤发送出去。
图5为实施例1的解调电路电原理线路图利用2个脉冲宽度相同的单稳态触发器和门电路对接收到的已调制信号进行解调。单稳态触发器(13)的输入是来自光电转换器的已调制信号，输出为宽度为Tc的脉冲。反相器(14)将(13)的输出反相后输出。单稳态触发器(15)的输入是(14)的输出。在(13)输出脉冲下降沿的作用下，(14)输出一个上升沿，(15)输出一个宽度也是Tc的脉冲。设定Tc＝1/2fc(fc是图4分离及调制电路中的调制脉冲频率)。异或门(16)的一个输入是已调制信号，另一输入为(15)的输出。每当接收到调制频率为fc的已调制信号时，(16)就持续输出“1″，否则就会有间歇“0”输出。下降延时器(17)的输入为(16)的输出，利用(17)的小的下降延时，使得当(16)输出“1”中有间断短暂的“0”时，(17)的输出仍能持续为“1”。上升延时器(18)的输入为(17)的输出，利用上升延时，使得只有收到几个调制脉冲(例如3个)时，(18)才有输出。下降延时器(19)的输入为(18)的输出，利用下降延时，使得在PWM间隙连续发送的2个控制命令脉冲之间，(19)持续输出“1″，此即已解调的控制命令。
图6为实施例2的分离及调制电路电原理图，图中单元(20)-(25)、(27)-(32)与图4的(6)-(11)相同，说明见图4。其中fc1≠fc2，且门30的一个输入为控制命令经反相器(26)变换后的信号，因此(25)输出已调制的置位脉冲，(32)输出已调制的复位脉冲。与门(33)的输入为(25)、(32)的输出和已调制PWM信号，在这里三信号叠加后经电光转换器和光纤发送出去。
图7为实施例2的解调电路电原理图，其中单元(34)-(39)、(40)-(45)与图5的(13)-(18)相同，说明见图5。但其中Tc1＝0.5fc1，Tc2＝0.5fc2，fc1、fc2见图6。R-S触发器(46)的置位输入为(39)的输出，复位输入为(45)的输出，(46)的输出即为已解调的控制命令。
图8为实施例3的电路电原理图，与门(47)的两个输入为来自解调电路的+PWM信号和-PWM信号，输出为两者的“或”运算结果。可重复触发的单稳态触发器(48)的输入为(47)的输出。只要(48)的脉冲宽度略大于PWM信号中最宽的脉冲周期，在有PWM信号时，(48)的输出就能持续为“1”，作为允许相控脉冲的控制命令使用。
本发明采用的高实时性，低成本的控制信号传送装置，将上述控制信号在PWM信号的间隙传送或在PWM的间隙传送置位和复位脉冲信号来代替原控制命令的传送或可利用PWM信号的跳变沿处理后代表一种控制命令的存在。通过上述安排使得上述信号在时间上互相分离，可以通过简单的调制解调线路用一根光纤传送，这种控制信号传送装置已达很高的实时性，PWM信号的传输延时在使用最高允许传输频率为5Mb it/s的光纤传输装置时仅为可预见的固定的5-10μS(仅依赖于所用的调制参数)，有几个数量级的提高，可适应各种高实时性控制的要求，而且简单、可靠、成本低。

Claims (1)

1.一种高压变频器中的控制信号传送装置，是连接于控制器(1)与单相桥式逆变器(2)之间的信号传输装置，其组成包括一个分离及调制电路(3)和解调电路(4)，其特征是分离及调制电路(3)输入一个PWM信号和极性信号代替二个PWM信号，在调制前用极性信号将PWM信号分为时间上互相分离的二个信号，经过脉冲调制后叠加成一个信号进行传送，在单相桥式逆变器处解调分解成二个PWM信号；分离及调制电路还输入多个控制命令，与PWM信号同时传送的控制命令，采用同一根光纤传输，根据控制信号的特征采用在PWM信号的间隙传送或在PwM的间隙传送置位和复位脉冲信号来代替原控制命令的传送或利用PWM信号的跳变沿处理后代表一种控制命令的存在的方式，用一根光纤(5)传送，通过分离及调制电路，PWM信号在时间上互相分离。
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