CN104007333A - 高压变频器功率单元监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及高压变频器功率单元监测装置，包括控制电路、开关量检测部分、模拟量检测部分、数字化电路和IGBT驱动电路；所述控制电路包括DSP芯片和可编程逻辑控制器，所述DSP芯片、开关量检测部分、数字化电路、IGBT驱动电路分别与可编程逻辑控制器连接，所述模拟量检测部分与数字化电路连接。有益效果是：变频器的控制系统采用数字信号处理器DSP控制；DSP的特点是运算速度快，其硬件本身就非常适合复杂的电动机控制和大量多阶复杂运算；模拟量检测结果通过数字化电路送入可编程逻辑器件的处理方式，提高了高压变频器的抗干扰能力，确保了模拟量测量的准确性。

Description

高压变频器功率单元监测装置

技术领域

本发明涉及高压变频器技术领域，尤其是涉及高压变频器功率单元监测装置。

背景技术

目前，全世界正在为能源紧缺而困扰，我国的能源形势尤其严峻。随着中国经济的快速发展，能源成为制约经济增长的瓶颈，节约降耗也就成为国家和企业严重关切的问题。具有理想节能效果和调速性能的高压变频器引起政府主管部门和各高耗能企业的高度关注，变频成为首选的节能产品。

级联型多电平高压变频器因其具有以低压方式解决高压电机驱动问题且易于扩展电压等级的特点，同时具有节能效果显著等优点，使其在高压电机变频调速领域得到了越来越广泛的应用。在高压变频驱动技术的发展过程中，由于受相关领域和自身技术发展等因素的限制，目前的级联型多电平逆变器均采用二极管不控整流桥，能量只能单向传递，无法应用于需四象限运行的变负荷拖动系统中，限制了高压变频器的应用，也导致了电网电流谐波污染严重的问题。

针对现有技术中存在的不足，提出一种能量可以双向传递，可以应用于需四象限运行的变负荷拖动系统中的高压变频器功率单元监测装置。

发明内容

本发明为解决上述技术问题，在于提供高压变频器功率单元监测装置，具有能量可以双向传递，且高压变频器的抗干扰能力强，模拟量测量的准确性。

本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

高压变频器功率单元监测装置，包括控制电路、开关量检测部分、模拟量检测部分、数字化电路和IGBT驱动电路。所述控制电路采用“DSP+可编程逻辑控制器”的方式，以可编程逻辑控制器为整个装置的电路核心，DSP芯片、开关量检测部分、数字化电路、IGBT驱动电路分别与可编程逻辑控制器连接，模拟量检测部分与数字化电路连接。

所述控制电路可采用“DSP+可编程逻辑控制器”的方式，数字化电路的处理结果送入逻辑处理器，逻辑处理器对转换结果进行逻辑运算，DSP根据逻辑运算的结果对变频器发出控制指令，同时，逻辑处理器还可以控制数字化处理的时序和处理过程，其中可编程逻辑控制器可选择现场可编程门阵列芯片、复杂可编程器件芯片、微控制器芯片和数字信号处理器芯片中的一种。

所述开关量检测部分由光耦隔离电路和信号调理电路组成，可检测高压变频器熔断器、断路器等状态，光耦隔离电路可有效实现电平转换，隔离高压部分和低压电路，减少干扰，信号调理电路滤除谐波和毛刺，将低压信号转换为光滑稳定的信号送入可编程逻辑器件

所述模拟量检测部分主要由差分电路、整形电路、滤波电路构成，，模拟量测量结果经“差分放大-整形-滤波”后经过数字化电路处理送入可编程逻辑控制器，此种处理方式是针对高压变频器的使用环境恶劣，高温、高谐波、高噪声的情况下，提高了高压变频器的抗干扰能力，确保了模拟量测量的准确性。

所述IGBT驱动电路包括电源、逻辑控制器、电路保护、光电隔离模块和功率放大电路，包括对整流和逆变两个部分IGBT的驱动。

所述四象限级联型高压变频器功率单元监测装置通过光纤和高压变频器主控板通讯。

本发明具有的有益效果是：(1)变频器的控制系统采用数字信号处理器DSP控制；DSP的特点是运算速度快，其硬件本身就非常适合复杂的电动机控制和大量多阶复杂运算；

(2)模拟量检测结果通过数字化电路送入可编程逻辑器件的处理方式，提高了高压变频器的抗干扰能力，确保了模拟量测量的准确性；

(3)IGBT驱动电路除驱动IGBT之外，还可对IGBT进行过压、欠压等保护；(4)本装置与高压变频器主控制器之间是通过光纤通信，光纤通讯减少远距离传输干扰，隔离高压，抗电磁干扰，提高信号传输的准确性和可靠性，使用简单方便，大大降低了系统成本。

附图说明

图1是本发明高压变频器功率单元的结构分布图；

图2是本发明高压变频器功率单元监测装置的组成结构图；

图3是本发明高压变频器功率单元监测装置的使用状态图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

参照图1-2所示，高压变频器功率单元监测装置，包括控制电路、开关量检测部分、模拟量检测部分、数字化电路和IGBT驱动电路。所述控制电路采用“DSP+FPGA”的方式，以FPGA为整个装置的电路核心，DSP芯片、开关量检测部分、数字化电路、IGBT驱动电路分别与FPGA连接，模拟量检测部分与数字化电路连接。

由隔离电路和信号调理电路组成开关量检测部分，隔离电路实现开关量的高低电平转换，隔离高压部分和低压电路，信号调理电路滤除谐波和毛刺，将低压信号转换为光滑稳定的信号送入FPGA。

由差分电路完成模拟量的测量，测量结果经过整形、滤波处理之后送入数字化转换电路转换为数字信号，数字信号送入FPGA进行逻辑运算，运算结果送入数字信号处理器，数字信号处理器对模拟信号、开关量信号进行判断和分析，将各种状态信号通过串口RS485传给工控机，工控机上的人机界面上可实时观测到功率单元的运行状态，同时，数字信号处理器也发出控制指令，控制功率单元的驱动信号。

IGBT驱动电路包括电源、逻辑控制器、电路保护、光电隔离模块和功率放大电路，当高压变频器运行在第一、三象限时，整流侧的IGBT作为整流二极管用，将输出的二次侧电压全波整流；当变频器运行在第二、四象限时，整流侧的IGBT作能量回馈之用，可将电动机侧发的电传递给移相变压器，进而传递给电网，在电网和电机之间实现了能量的双馈。

该装置通过光纤和高压变频器主控板通讯。

本发明的一种四象限级联型高压变频器功率单元检测装置的使用状态如图3所示，本装置的工作原理为：

本装置连接功率单元和变频器主控制板，负责功率单元信息检测和控制功率单元，并负责与变频器主控制器通讯，检测部分检测到的功率单元信息经过本装置后，由本装置内的FPGA进行逻辑运算处理，并把处理结果送入变频器主控制器，主控制器根据本装置反馈的信息，对功率单元发出控制信号，控制信号经由本装置，由本装置实现对功率单元的控制，变频器主控制器与控制台的人机界面通讯，整个过程都可通过人机界面显示，维修人员可通过控制台的人机界面方便地判断系统故障，极大地降低了设备维护难度。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.高压变频器功率单元监测装置，其特征在于，包括控制电路、开关量检测部分、模拟量检测部分、数字化电路和IGBT驱动电路；所述控制电路包括DSP芯片和可编程逻辑控制器，所述DSP芯片、开关量检测部分、数字化电路、IGBT驱动电路分别与可编程逻辑控制器连接，所述模拟量检测部分与数字化电路连接。

2.根据权利要求1所述的高压变频器功率单元监测装置，其特征在于，所述可编程逻辑控制器为现场可编程门阵列芯片、复杂可编程器件芯片、微控制器芯片和数字信号处理器芯片中的一种。

3.根据权利要求1所述的高压变频器功率单元监测装置，其特征在于，所述开关量检测部分由光耦隔离电路和信号调理电路组成。

4.根据权利要求1所述的高压变频器功率单元监测装置，其特征在于，所述模拟量检测部分由差分电路、整形电路、滤波电路构成。

5.根据权利要求1所述的高压变频器功率单元监测装置，其特征在于，所述IGBT驱动电路包括电源、逻辑控制器、电路保护、光电隔离模块和功率放大电路。