專利名稱：高壓變頻器功率單元驅(qū)動(dòng)脈沖傳輸及通信系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及變頻器技術(shù)，特別指一種級(jí)聯(lián)式高壓變頻器和中間包加熱變頻電源功率單元驅(qū)動(dòng)脈沖傳輸及通信系統(tǒng)，是電子技術(shù)在變頻器中的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
目前高壓變頻器根據(jù)直流電路中濾波方式的不同主要分為電壓源型和電流源型兩種，電流源型變頻器存在功率因數(shù)低、輸入輸出波形不好等缺點(diǎn)其應(yīng)用受到很大限制。而電壓源型高壓變頻器主要有三電平型和功率單元串聯(lián)多電平型。三電平型變頻器采用鉗位電路，解決了兩只功率器件的串聯(lián)的問題，并使相電壓輸出具有三個(gè)電平。三電平變頻器遇到的最大難題是電壓?jiǎn)栴}，其最大輸出電壓達(dá)不到 6KV，所以往往需要采用變通的方法，要么改變電機(jī)的電壓，要么在輸出側(cè)加升壓變壓器。這一弱點(diǎn)限制了它的應(yīng)用。功率單元串聯(lián)多電平型采用多個(gè)低壓的功率單元串聯(lián)實(shí)現(xiàn)高壓，輸入側(cè)的降壓變壓器采用移相方式，可有效消除對(duì)電網(wǎng)的諧波污染，輸出側(cè)采用多電平正弦脈寬調(diào)制PWM 技術(shù)，可適用于任何電壓的普通電機(jī)，另外，在某個(gè)功率單元出現(xiàn)故障時(shí)，可自動(dòng)退出系統(tǒng)， 而其余的功率單元可繼續(xù)保持電機(jī)的運(yùn)行，減少停機(jī)時(shí)造成的損失。系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)， 可迅速替換故障模塊。由此可見，單元串聯(lián)多電平型變頻器的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力是很明顯的。因此，通用型高壓變頻器目前是單元串聯(lián)多電平型變頻器占多數(shù)，約7成以上。對(duì)于級(jí)聯(lián)式多電平高壓變頻器和級(jí)聯(lián)式中間包加熱變頻電源，功率單元是重要組成部分。在對(duì)功率單元的控制系統(tǒng)中，比較常用的是主控器通過光纖通訊下發(fā)控制信號(hào)給功率單元，功率單元按照主控器指令產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)脈沖，在PWM控制系統(tǒng)中，對(duì)通信速率的要求是微秒級(jí)，需要采用很高的通訊速率?，F(xiàn)有的級(jí)聯(lián)式多電平高壓變頻器中的功率單元，一般是功率單元自主產(chǎn)生絕緣柵雙極型晶體管IGBT驅(qū)動(dòng)脈沖，主控器通過異步通信對(duì)功率單元進(jìn)行控制，主控器將下發(fā)信號(hào)(脈寬、相位、旁路控制、復(fù)位等)編碼后下發(fā)，功率單元接收主控器通訊命令，將控制信號(hào)翻譯為絕緣柵雙極型晶體管IGBT橋臂四個(gè)絕緣柵雙極型晶體管IGBT的開關(guān)控制信號(hào)，并進(jìn)行互鎖和封鎖脈沖保護(hù)判斷。產(chǎn)生脈沖的高速性決定了每個(gè)功率單元都要有高速串行通信和計(jì)算的能力，能快速接收通信命令并做出相應(yīng)處理，計(jì)算出相應(yīng)脈沖并產(chǎn)生出來，器件選擇必須采用高速器件。因?yàn)槊總€(gè)功率單元通信和計(jì)算的時(shí)間不能完全同步，所以其產(chǎn)生的脈沖會(huì)和理論有偏差。并且由于通信采用串行方式，根本上不能克服傳輸延時(shí)和傳輸速度較慢的缺點(diǎn)。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是針對(duì)背景技術(shù)中存在的缺點(diǎn)和問題加以改進(jìn)和創(chuàng)新，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的用于級(jí)聯(lián)式多電平高壓變頻器和級(jí)聯(lián)式中間包加熱變頻電源的功率單元驅(qū)動(dòng)脈沖傳輸及通信系統(tǒng)。[0008]本實(shí)用新型高壓變頻器功率單元驅(qū)動(dòng)脈沖傳輸及通信系統(tǒng)，包括三條連接主控器和功率單元之間的光纖，其中兩條光纖連接傳輸主控器產(chǎn)生的絕緣柵雙極型晶體管IGBT 脈沖驅(qū)動(dòng)信號(hào)，再由光纖將脈沖驅(qū)動(dòng)信號(hào)接至光電轉(zhuǎn)換電路后變成電信號(hào)，再接至互鎖電路產(chǎn)生四路驅(qū)動(dòng)脈沖給絕緣柵雙極型晶體管IGBT驅(qū)動(dòng)模塊；另一條是功率單元接至主控器的通信光纖，功率單元單片機(jī)把功率單元狀態(tài)信息通過電光轉(zhuǎn)換電路經(jīng)光纖連接主控
ο 本實(shí)用新型采用上述方案后，功率單元不用自主產(chǎn)生脈沖，驅(qū)動(dòng)脈沖由主控器直接產(chǎn)生后傳輸給各個(gè)功率單元，功率單元只對(duì)驅(qū)動(dòng)脈沖進(jìn)行簡(jiǎn)單的互鎖處理，無信號(hào)處理延遲，在功率單元側(cè)不需要復(fù)雜的通信命令解碼，通信電路和芯片無需特殊設(shè)計(jì)，低速的普通單片機(jī)就能滿足工作需要。兩路驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)只需要簡(jiǎn)單的門電路互鎖后就可以輸出給絕緣柵雙極型晶體管IGBT驅(qū)動(dòng)模塊，電路簡(jiǎn)單可靠，技術(shù)可行性好，成本低。由于整個(gè)電路未采用復(fù)雜電路和復(fù)雜器件，顯著提高了電路的可靠性，特別是在高電壓大電流工作環(huán)境下。

圖1是本實(shí)用新型系統(tǒng)方框圖。圖2是本實(shí)用新型功率單元整流逆變電路圖。圖3是本實(shí)用新型互鎖電路示意圖。
具體實(shí)施方式
由圖1至3可知，本實(shí)用新型由高壓變頻器功率單元驅(qū)動(dòng)脈沖傳輸及通信系統(tǒng)，其特征在于包括三條連接主控器和功率單元之間的光纖，其中兩條光纖1連接傳輸主控器產(chǎn)生的絕緣柵雙極型晶體管IGBT脈沖驅(qū)動(dòng)信號(hào)2，再由光纖將脈沖驅(qū)動(dòng)信號(hào)接至光電轉(zhuǎn)換電路3后變成電信號(hào)，再接至互鎖電路4產(chǎn)生四路驅(qū)動(dòng)脈沖給絕緣柵雙極型晶體管IGBT驅(qū)動(dòng)模塊；另一條是功率單元接至主控器的通信光纖5，功率單元單片機(jī)7把功率單元狀態(tài)信息 6通過電光轉(zhuǎn)換電路8經(jīng)光纖連接主控器。所述的功率單元包括整流逆變電路，其中，由二極管D1-D6構(gòu)成整流電路，經(jīng)電解電容C1、C2濾波和能量交換后，再將直流信號(hào)接至IGBT1-IGBT4構(gòu)成的逆變電路，功率單元控制四個(gè)絕緣柵雙極型晶體管IGBT的通斷實(shí)現(xiàn)輸出多電平正弦脈寬調(diào)制PWM波。所述的互鎖電路包括邏輯電路非門12、異或門13、與門14，其中主控器發(fā)出的脈沖經(jīng)過非門12、異或門13、與門14后，產(chǎn)生兩路不會(huì)同時(shí)處于同一邏輯電平上的互鎖信號(hào)，且絕緣柵雙極型晶體管IGBT上下橋臂不會(huì)同時(shí)導(dǎo)通。本實(shí)用新型所述的實(shí)施例僅僅是對(duì)本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行的描述，并非對(duì)本實(shí)用新型構(gòu)思和范圍進(jìn)行限定，在不脫離本實(shí)用新型設(shè)計(jì)思想的前提下，本領(lǐng)域中工程技術(shù)人員對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案作出的各種變型和改進(jìn)，均應(yīng)落入本實(shí)用新型的保護(hù)范圍，本實(shí)用新型請(qǐng)求保護(hù)的技術(shù)內(nèi)容，已經(jīng)全部記載在權(quán)利要求書中。
權(quán)利要求1.一種高壓變頻器功率單元驅(qū)動(dòng)脈沖傳輸及通信系統(tǒng)，其特征在于包括三條連接主控器和功率單元之間的光纖，其中兩條光纖(1)連接傳輸主控器產(chǎn)生的絕緣柵雙極型晶體管 IGBT脈沖驅(qū)動(dòng)信號(hào)(2 )，再由光纖將脈沖驅(qū)動(dòng)信號(hào)接至光電轉(zhuǎn)換電路(3 )后變成電信號(hào)，再接至互鎖電路(4)產(chǎn)生四路驅(qū)動(dòng)脈沖給絕緣柵雙極型晶體管IGBT驅(qū)動(dòng)模塊；另一條是功率單元接至主控器的通信光纖(5 )，功率單元單片機(jī)(7 )把功率單元狀態(tài)信息(6 )通過電光轉(zhuǎn)換電路(8)經(jīng)光纖連接主控器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓變頻器功率單元驅(qū)動(dòng)脈沖傳輸及通信系統(tǒng)，其特征在于所述的功率單元包括整流逆變電路，其中，由二極管D1-D6構(gòu)成整流電路，經(jīng)電解電容Cl、 C2濾波和能量交換后，再將直流信號(hào)接至IGBT1-IGBT4構(gòu)成的逆變電路，功率單元控制四個(gè)絕緣柵雙極型晶體管IGBT的通斷實(shí)現(xiàn)輸出多電平正弦脈寬調(diào)制PWM波。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓變頻器功率單元驅(qū)動(dòng)脈沖傳輸及通信系統(tǒng)，其特征在于所述的互鎖電路包括邏輯電路非門(12)、異或門(13)、與門(14)，其中主控器發(fā)出的脈沖經(jīng)過非門(12)、異或門(13)、與門(14)后，產(chǎn)生兩路不會(huì)同時(shí)處于同一邏輯電平上的互鎖信號(hào)，且絕緣柵雙極型晶體管IGBT上下橋臂不會(huì)同時(shí)導(dǎo)通。
專利摘要本實(shí)用新型涉及變頻器技術(shù)，特別指一種級(jí)聯(lián)式高壓變頻器和中間包加熱變頻電源功率單元驅(qū)動(dòng)脈沖傳輸及通信系統(tǒng)，是電子技術(shù)在變頻器中的應(yīng)用。高壓變頻器功率單元驅(qū)動(dòng)脈沖傳輸及通信系統(tǒng)，其特點(diǎn)是包括三條連接主控器和功率單元之間的光纖，其中兩條光纖連接傳輸主控器產(chǎn)生的絕緣柵雙極型晶體管IGBT脈沖驅(qū)動(dòng)信號(hào)，再由光纖將脈沖驅(qū)動(dòng)信號(hào)接至光電轉(zhuǎn)換電路后變成電信號(hào)，再接至互鎖電路產(chǎn)生四路驅(qū)動(dòng)脈沖給絕緣柵雙極型晶體管IGBT驅(qū)動(dòng)模塊；另一條是功率單元接至主控器的通信光纖，功率單元單片機(jī)把功率單元狀態(tài)信息通過電光轉(zhuǎn)換電路經(jīng)光纖連接主控器。由于整個(gè)電路未采用復(fù)雜電路和復(fù)雜器件，顯著提高了電路的可靠性，特別是在高電壓大電流工作環(huán)境下。
文檔編號(hào)H02M5/458GK202167981SQ20112028661
公開日2012年3月14日 申請(qǐng)日期2011年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月9日
發(fā)明者向新星, 喻國(guó)強(qiáng), 朱晶亮, 楊立軍, 歐陽(yáng)紅林, 董湘凌, 鄒德義 申請(qǐng)人:湖南中科電氣股份有限公司