CN205943256U

CN205943256U - 一种电力电子与调速系统设计创新平台

Info

Publication number: CN205943256U
Application number: CN201620577037.5U
Authority: CN
Inventors: 黄华圣; 马万庆; 周冬冬; 韩丽铭; 赵全宇; 杨晨丽
Original assignee: Zhejiang Tianhuang Science and Technology Industrial Co Ltd
Current assignee: Zhejiang Tianhuang Science and Technology Industrial Co Ltd
Priority date: 2016-06-15
Filing date: 2016-06-15
Publication date: 2017-02-08
Anticipated expiration: 2026-06-15

Abstract

本实用新型涉及一种电力电子与调速系统设计创新平台，方案包括实验台、控制屏、网孔板、电路与电机机组，所述电路采用模块式电路，该模块式电路与实验台上端网孔板插接配合，通过对模块式电路的布局在同一实验台上实现三相两电平电压型双PWM变流器和三相三电平电压型双PWM变流器。本实用新型相比现有技术具有如下优点：采用网孔板结构，主要模块安装在网孔板上，平台具有很强的可视性，能够直接观察到系统的结构和组成。采用模块式设计，具有很强的开放性，可以结合双PWM变频技术可方便地组合成多种现代电力电子功率变换及变频调速系统。

Description

一种电力电子与调速系统设计创新平台

技术领域

本实用新型涉及一种电力电子与调速技术领域，具体为一种电力电子与调速系统设计创新平台。

背景技术

电力电子与调速技术诞生以来，使电气工程、电子技术、自动化技术等领域发生了深刻的变化，同时也给人们的生活带来了巨大的影响。目前，电力电子与调速技术仍以迅猛的速度发展着，新的电力电子器件层出不穷，新的技术不断涌现，其应用范围也不断的扩展。不论在全世界，还是在我国，电力电子与调速技术都已造就了一个很大的产业群。与之相应，在电力电子与调速技术领域从事技术和科研的人数也相当庞大，且与日俱增。因此，针对高等院校电力电子、电机调速应用和创新实验教学的实际需要而专门研制的综合性设计创新平台，以满足各高等院校电气工程及其自动化、控制工程等相关专业的实验教学与工程设计，以及科研创新，成为眼下迫切的需要。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种可方便地组合成多种现代电力电子功率变换及变频调速系统的电力电子与调速系统设计创新平台。

为解决上述问题，本实用新型的技术方案包括实验台、控制屏、网孔板、电路与电机机组，其特征在于：所述电路采用模块式电路，该模块式电路与实验台上端的网孔板插接配合，通过对模块式电路的布局在同一实验台上实现三相两电平电压型双PWM变流器和三相三电平电压型双PWM变流器；

对三相两电平电压型双PWM变流器的布局包括插接在网孔板上的电压/电流信号观测模块、两电平整流模块、人机接口模块、母线滤波及线路保护模块、两电平逆变模块、过零检测模块、信号调理模块、两电平驱动模块、主控制器模块、转速测量与霍尔信号检测模块，先将三相可调交流电源的输出U、V、W端依次连接到滤波元件的输入1、3、5端，再将滤波元件的输出2、4、6端依次连接到两电平整流模块的三相交流输入端子的Ui、Vi、Wi端；然后将两电平整流模块的直流输出端子的DC+、DC-端依次连接到母线滤波及线路保护模块的直流母线输入端子的IN+、IN-端，再将母线滤波及线路保护模块的直流母线输出端子的OUT+、OUT-端依次连接到两电平逆变模块的直流母线输入端子的P、N端，最后将两电平逆变模块的逆变输出端子的Uo、Vo、Wo端依次连接到交流电机的三相输入端；

对三相三电平电压型双PWM变流器的布局包括插接在网孔板上的电压/电流信号观测模块、三电平整流模块、人机接口模块、母线滤波及线路保护模块、三电平逆变模块、过零检测模块、信号调理模块、三电平驱动模块、主控制器模块、转速测量与霍尔信号检测模块，先将三相可调交流电源的输出U、V、W端依次连接到滤波元件的输入1、3、5端，再将滤波元件的输出2、4、6端依次连接到三电平整流模块的三相交流输入端子的Ui、Vi、Wi端，然后将三电平整流模块的直流输出端子的DC+、DC-端依次连接到母线滤波及线路保护模块的直流母线输入端子的IN+、IN-端，再将母线滤波及线路保护模块的直流母线输出端子的OUT+、OUT-端依次连接到三电平逆变模块的直流母线输入端子的P、N端；最后将三电平逆变模块的逆变输出端子的Uo、Vo、Wo端依次连接到交流电机的三相输入端。

所述的电力电子与调速系统设计创新平台，其特征在于：所述三相可调交流电源的输出处设有过流保护装置。

所述的电力电子与调速系统设计创新平台，其特征在于：所述的两电平整流模块主要由一个功率集成模块、接线端子、电压电流采样及辅助电路组成，实现两电平PWM整流。

所述的电力电子与调速系统设计创新平台，其特征在于：所述的两电平逆变模块主要由一个功率集成模块、接线端子、电压电流采样及辅助电路组成，实现两电平PWM逆变。

所述的电力电子与调速系统设计创新平台，其特征在于：所述的三电平整流模块主要由三个三电平IGBT模块、接线端子、电压电流采样及辅助电路组成，实现三电平PWM整流。

所述的电力电子与调速系统设计创新平台，其特征在于：所述的三电平逆变模块主要由三个三电平IGBT模块、接线端子、电压电流采样及辅助电路组成，实现三电平PWM逆变。

所述的电力电子与调速系统设计创新平台，其特征在于：所述的两电平驱动模块采用光耦4504进行电气隔离，采用四路独立电源对上下桥臂单独供电，实现对功率集成模块的控制。

所述的电力电子与调速系统设计创新平台，其特征在于：所述的三电平驱动模块内置12路IGBT驱动，内置12路相互隔离DC-DC，每路具有VCE检测方式的短路保护，实现对三个三电平IGBT模块的控制。

所述的电力电子与调速系统设计创新平台，其特征在于：所述的母线滤波及线路保护模块主要由启动电路、高压电容、能耗电路、接线端子及保护电路等组成。

所述的电力电子与调速系统设计创新平台，其特征在于：所述滤波元件主要由电感、电容组成；所述的主控制器模块主要由双DSP控制器及其辅助电路、驱动与反馈信号接口组成，两个DSP控制器之间预留高速并行通讯总线；所述的人机接口模块主要由液晶屏与矩阵式键盘组成；所述的信号调理模块主要由运放及辅助电路、接线端子组成；所述的过零检测模块通过检测三相同步信号，经光耦隔离送入DSP；所述的电压/电流信号观测模块主要由霍尔电压、电流传感器、运放电路、观测点及接线端子组成；所述的转速测量与霍尔信号检测模块主要由高速光耦及辅助电路、接线端子组成。

本实用新型相比现有技术具有如下优点：采用网孔板结构，主要模块安装在网孔板上，平台具有很强的可视性，能够直接观察到系统的结构和组成。采用模块式设计，具有很强的开放性，可以结合双PWM变频技术可方便地组合成多种现代电力电子功率变换及变频调速系统。支持数字调速、PWM整流与逆变、两电平技术与多电平技术，具有很强的新颖性。能量双向流动，可以实现电机的四象限运行。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

图1为本实用新型组合成三相两电平电压型双PWM变流器时的结构示意图；

图2为本实用新型组合成三相三电平电压型双PWM变流器时的结构示意图；

图3是图1的放大图，显示组合成三相两电平电压型双PWM变流器时，各模块式电路在网孔板上的布局图；

图4是图2的放大图，显示组合成三相三电平电压型双PWM变流器时，各模块式电路在网孔板上的布局图；

图5为本实用新型三相可调交流电源与滤波元件接线示意图；

图6为本实用新型组合成三相两电平电压型双PWM变流器时的拓扑结构图；

图7为本实用新型组合成三相三电平电压型双PWM变流器时的拓扑结构图。

具体实施方式

如图1-7所示，本实用新型的电力电子与调速系统设计创新平台，包括实验台1、控制屏2、网孔板3、电路4与电机机组5。所述电路1采用模块式电路，该模块式电路与实验台1上端网孔板3上的插接配合，通过对模块式电路的布局在同一实验台上实现三相两电平电压型双PWM变流器和三相三电平电压型双PWM变流器。

对三相两电平电压型双PWM变流器的布局，其插接在网孔板3上的模块式电路包括电压/电流信号观测模块、两电平整流模块、人机接口模块、母线滤波及线路保护模块、两电平逆变模块、过零检测模块、信号调理模块、两电平驱动模块、主控制器模块、转速测量与霍尔信号检测模块，先将三相可调交流电源6的输出U、V、W端依次连接到滤波元件7的输入1、3、5端，再将滤波元件7的输出2、4、6端依次连接到两电平整流模块的三相交流输入端子的Ui、Vi、Wi端；然后将两电平整流模块的直流输出端子的DC+、DC-端依次连接到母线滤波及线路保护模块的直流母线输入端子的IN+、IN-端，再将母线滤波及线路保护模块的直流母线输出端子的OUT+、OUT-端依次连接到两电平逆变模块的直流母线输入端子的P、N端，最后将两电平逆变模块的逆变输出端子的Uo、Vo、Wo端依次连接到交流电机8的三相输入端。组合好三相两电平电压型双PWM变流器后，通过主控制器模块的JTAG口下载程序，进行相关的实验。

对三相三电平电压型双PWM变流器的布局，其插接在网孔板3上的模块式电路包括插接在网孔板3上的电压/电流信号观测模块、三电平整流模块、人机接口模块、母线滤波及线路保护模块、三电平逆变模块、过零检测模块、信号调理模块、三电平驱动模块、主控制器模块、转速测量与霍尔信号检测模块，先将三相可调交流电源6的输出U、V、W端依次连接到滤波元件7的输入1、3、5端，再将滤波元件7的输出2、4、6端依次连接到三电平整流模块的三相交流输入端子的Ui、Vi、Wi端，然后将三电平整流模块的直流输出端子的DC+、DC-端依次连接到母线滤波及线路保护模块的直流母线输入端子的IN+、IN-端，再将母线滤波及线路保护模块的直流母线输出端子的OUT+、OUT-端依次连接到三电平逆变模块的直流母线输入端子的P、N端；最后将三电平逆变模块的逆变输出端子的Uo、Vo、Wo端依次连接到交流电机8的三相输入端。组合好三相三电平电压型双PWM变流器后，通过主控制器模块的JTAG口下载程序，进行相关的实验。

通过上述方案，本实用新型可以通过更换整流模块、逆变模块、驱动模块可以组成三相两电平电压型双PWM变流器或三相三电平电压型双PWM变流器。①假设当前设计创新平台组成三相两电平电压型双PWM变流器，如果用户需要组成三相三电平电压型双PWM变流器，则只需要将当前的两电平整流模块、两电平逆变模块、两电平驱动模块依次更换为三电平整流模块、三电平逆变模块、三电平驱动模块即可。②假设当前设计创新平台组成三相三电平电压型双PWM变流器，如果用户需要组成三相两电平电压型双PWM变流器，则只需要将当前的三电平整流模块、三电平逆变模块、三电平驱动模块依次更换为两电平整流模块、两电平逆变模块、两电平驱动模块即可。

为进一步优化上述方案，所述的控制屏主要由三相可调交流电源，单相可调交流电源，高压直流电源，智能数模双显直流电压表，智能数模双显直流电流表，滤波器与安全保护体系组成。所述的三相可调交流电源的输出处设有过流保护装置9，当相间、线间过电流及直接短路均能自动保护。输出处配有三只指针式交流电压表，通过切换开关，可指示三相电网电压或三相调压电压。所述的高压直流电源，由一路输出固定和一路输出连续可调的电源组成，电源具有过压、过流、过热及短路软截止自动恢复保护功能。所述的智能数模双显直流电压表、电流表，其特征在于：具有自动换档和手动换档功能；每档均有超量程告警、灯光指示功能。指针表：镜面指针表显示，中零式。数显表：四位数码管显示；通过键控、数显窗口实现人机对话功能控制模式；可以贮存、记录15组测试结果数据，可逐组查询并带有计算机通信功能。所述的所述滤波器，主要由电感、电容组成。还设有安全保护体系，由主要由三相隔离变压器、电流型漏电保护器、有机玻璃保护板组成。所述的模块式电路主要由主控制器模块、人机接口模块、信号调理模块、过零检测模块、电压/电流信号观测模块、转速测量与霍尔信号检测模块、两电平整流模块、两电平逆变模块、三电平整流模块、三电平逆变模块、两电平驱动模块、三电平驱动模块与母线滤波及线路保护模块组成。所述的主控制器模块，主要由双DSP控制器及其辅助电路、驱动与反馈信号接口组成，两个DSP控制器之间预留高速并行(双口RAM)通讯总线。所述的人机接口模块，主要由液晶屏与矩阵式键盘组成。所述的信号调理模块，主要由运放及辅助电路、接线端子组成，实现对传感器输出的电压、电流信号进行变换。所述的过零检测模块，通过检测三相同步信号，经光耦隔离送入DSP，用于做整流算法或者其他算法的信号输入。所述的电压/电流信号观测模块，主要由霍尔电压、电流传感器、运放电路、观测点及接线端子组成，实现输出端与输入端电气隔离，保证了使用者的安全，方便用户通过示波器观测电压、电流信号。

所述的转速测量与霍尔信号检测模块，主要由高速光耦及辅助电路、接线端子组成，实现转速信号、霍尔信号与控制板的电气隔离。所述的两电平整流模块，主要由一个功率集成模块、接线端子、电压电流采样及辅助电路组成，实现两电平PWM整流。所述的两电平逆变模块，主要由一个功率集成模块、接线端子、电压电流采样及辅助电路组成，实现两电平PWM逆变。所述的三电平整流模块，主要由三个三电平IGBT模块、接线端子、电压电流采样及辅助电路组成，实现三电平PWM整流。所述的三电平逆变模块，主要由三个三电平IGBT模块、接线端子、电压电流采样及辅助电路组成，实现三电平PWM逆变。所述的两电平驱动模块，采用光耦4504进行电气隔离，采用四路独立电源对上下桥臂单独供电，实现对功率集成模块的控制。所述的三电平驱动模块，内置12路IGBT驱动，内置12路相互隔离DC-DC，每路具有VCE检测方式的短路保护，实现对三个三电平IGBT模块的控制。所述的母线滤波及线路保护模块，主要由启动电路、高压电容、能耗电路、接线端子及保护电路等组成。保护电路提供过流，过压等信号的检测，并经快速光耦隔离提供给CPU做保护判断。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种电力电子与调速系统设计创新平台，包括实验台（1）、控制屏（2）、网孔板（3）、电路（4）与电机机组（5），其特征在于：所述电路（4）采用模块式电路，该模块式电路与实验台（1）上端网孔板（3）插接配合，通过对模块式电路的布局在同一实验台上实现三相两电平电压型双PWM变流器和三相三电平电压型双PWM变流器；

对三相两电平电压型双PWM变流器的布局包括插接在网孔板（3）上的电压/电流信号观测模块、两电平整流模块、人机接口模块、母线滤波及线路保护模块、两电平逆变模块、过零检测模块、信号调理模块、两电平驱动模块、主控制器模块、转速测量与霍尔信号检测模块，先将三相可调交流电源（6）的输出U、V、W端依次连接到滤波元件（7）的输入1、3、5端，再将滤波元件（7）的输出2、4、6端依次连接到两电平整流模块的三相交流输入端子的Ui、Vi、Wi端；然后将两电平整流模块的直流输出端子的DC+、DC-端依次连接到母线滤波及线路保护模块的直流母线输入端子的IN+、IN-端，再将母线滤波及线路保护模块的直流母线输出端子的OUT+、OUT-端依次连接到两电平逆变模块的直流母线输入端子的P、N端，最后将两电平逆变模块的逆变输出端子的Uo、Vo、Wo端依次连接到交流电机（8）的三相输入端；

对三相三电平电压型双PWM变流器的布局包括插接在网孔板（3）上的电压/电流信号观测模块、三电平整流模块、人机接口模块、母线滤波及线路保护模块、三电平逆变模块、过零检测模块、信号调理模块、三电平驱动模块、主控制器模块、转速测量与霍尔信号检测模块，先将三相可调交流电源（6）的输出U、V、W端依次连接到滤波元件（7）的输入1、3、5端，再将滤波元件（7）的输出2、4、6端依次连接到三电平整流模块的三相交流输入端子的Ui、Vi、Wi端，然后将三电平整流模块的直流输出端子的DC+、DC-端依次连接到母线滤波及线路保护模块的直流母线输入端子的IN+、IN-端，再将母线滤波及线路保护模块的直流母线输出端子的OUT+、OUT-端依次连接到三电平逆变模块的直流母线输入端子的P、N端；最后将三电平逆变模块的逆变输出端子的Uo、Vo、Wo端依次连接到交流电机（8）的三相输入端。

2.根据权利要求1所述的电力电子与调速系统设计创新平台，其特征在于：所述三相可调交流电源（6）的输出处设有过流保护装置（9）。

3.根据权利要求1所述的电力电子与调速系统设计创新平台，其特征在于：所述的两电平整流模块主要由一个功率集成模块、接线端子、电压电流采样及辅助电路组成，实现两电平PWM整流。

4.根据权利要求1所述的电力电子与调速系统设计创新平台，其特征在于：所述的两电平逆变模块主要由一个功率集成模块、接线端子、电压电流采样及辅助电路组成，实现两电平PWM逆变。

5.根据权利要求1所述的电力电子与调速系统设计创新平台，其特征在于：所述的三电平整流模块主要由三个三电平IGBT模块、接线端子、电压电流采样及辅助电路组成，实现三电平PWM整流。

6.根据权利要求1所述的电力电子与调速系统设计创新平台，其特征在于：所述的三电平逆变模块主要由三个三电平IGBT模块、接线端子、电压电流采样及辅助电路组成，实现三电平PWM逆变。

7.根据权利要求1所述的电力电子与调速系统设计创新平台，其特征在于：所述的两电平驱动模块采用光耦4504进行电气隔离，采用四路独立电源对上下桥臂单独供电，实现对功率集成模块的控制。

8.根据权利要求1所述的电力电子与调速系统设计创新平台，其特征在于：所述的三电平驱动模块内置12路IGBT驱动，内置12路相互隔离DC-DC，每路具有VCE检测方式的短路保护，实现对三个三电平IGBT模块的控制。

9.根据权利要求1所述的电力电子与调速系统设计创新平台，其特征在于：所述的母线滤波及线路保护模块主要由启动电路、高压电容、能耗电路、接线端子及保护电路等组成。

10.根据权利要求1所述的电力电子与调速系统设计创新平台，其特征在于：所述滤波元件（7）主要由电感、电容组成；所述的主控制器模块主要由双DSP控制器及其辅助电路、驱动与反馈信号接口组成，两个DSP控制器之间预留高速并行通讯总线；所述的人机接口模块主要由液晶屏与矩阵式键盘组成；所述的信号调理模块主要由运放及辅助电路、接线端子组成；所述的过零检测模块通过检测三相同步信号，经光耦隔离送入DSP；所述的电压/电流信号观测模块主要由霍尔电压、电流传感器、运放电路、观测点及接线端子组成；所述的转速测量与霍尔信号检测模块主要由高速光耦及辅助电路、接线端子组成。