專利名稱：高壓變頻器功率單元驅(qū)動脈沖傳輸及通信系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及變頻器技術(shù)，特別指一種級聯(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電平。三電平變頻器遇到的最大難題是電壓問題，其最大輸出電壓達不到 6KV，所以往往需要采用變通的方法，要么改變電機的電壓，要么在輸出側(cè)加升壓變壓器。這一弱點限制了它的應(yīng)用。功率單元串聯(lián)多電平型采用多個低壓的功率單元串聯(lián)實現(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，另外，在某個功率單元出現(xiàn)故障時，可自動退出系統(tǒng)， 而其余的功率單元可繼續(xù)保持電機的運行，減少停機時造成的損失。系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計， 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競爭力是很明顯的。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。對于級聯(lián)式多電平高壓變頻器和級聯(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)控制信號給功率單元，功率單元按照主控器指令產(chǎn)生驅(qū)動脈沖，在PWM控制系統(tǒng)中，對通信速率的要求是微秒級，需要采用很高的通訊速率?，F(xiàn)有的級聯(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)動脈沖，主控器通過異步通信對功率單元進行控制，主控器將下發(fā)信號(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，將控制信號翻譯為絕緣柵雙極型晶體管IGBT橋臂四個絕緣柵雙極型晶體管IGBT的開關(guān)控制信號，并進行互鎖和封鎖脈沖保護判斷。產(chǎn)生脈沖的高速性決定了每個功率單元都要有高速串行通信和計算的能力，能快速接收通信命令并做出相應(yīng)處理，計算出相應(yīng)脈沖并產(chǎn)生出來，器件選擇必須采用高速器件。因為每個功率單元通信和計算的時間不能完全同步，所以其產(chǎn)生的脈沖會和理論有偏差。并且由于通信采用串行方式，根本上不能克服傳輸延時和傳輸速度較慢的缺點。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是針對背景技術(shù)中存在的缺點和問題加以改進和創(chuàng)新，提供一種結(jié)構(gòu)簡單的用于級聯(lián)式多電平高壓變頻器和級聯(lián)式中間包加熱變頻電源的功率單元驅(qū)動脈沖傳輸及通信系統(tǒng)。[0008]本實用新型高壓變頻器功率單元驅(qū)動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)動信號，再由光纖將脈沖驅(qū)動信號接至光電轉(zhuǎn)換電路后變成電信號，再接至互鎖電路產(chǎn)生四路驅(qū)動脈沖給絕緣柵雙極型晶體管IGBT驅(qū)動模塊；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)動脈沖由主控器直接產(chǎn)生后傳輸給各個功率單元，功率單元只對驅(qū)動脈沖進行簡單的互鎖處理，無信號處理延遲，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，低速的普通單片機就能滿足工作需要。兩路驅(qū)動脈沖信號只需要簡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)動模塊，電路簡單可靠，技術(shù)可行性好，成本低。由于整個電路未采用復(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是本實用新型系統(tǒng)方框圖。圖2是本實用新型功率單元整流逆變電路圖。圖3是本實用新型互鎖電路示意圖。
具體實施方式
由圖1至3可知，本實用新型由高壓變頻器功率單元驅(qū)動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)動信號2，再由光纖將脈沖驅(qū)動信號接至光電轉(zhuǎn)換電路3后變成電信號，再接至互鎖電路4產(chǎn)生四路驅(qū)動脈沖給絕緣柵雙極型晶體管IGBT驅(qū)動模塊；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，再將直流信號接至IGBT1-IGBT4構(gòu)成的逆變電路，功率單元控制四個絕緣柵雙極型晶體管IGBT的通斷實現(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)生兩路不會同時處于同一邏輯電平上的互鎖信號，且絕緣柵雙極型晶體管IGBT上下橋臂不會同時導(dǎo)通。本實用新型所述的實施例僅僅是對本實用新型的優(yōu)選實施方式進行的描述，并非對本實用新型構(gòu)思和范圍進行限定，在不脫離本實用新型設(shè)計思想的前提下，本領(lǐng)域中工程技術(shù)人員對本實用新型的技術(shù)方案作出的各種變型和改進，均應(yīng)落入本實用新型的保護范圍，本實用新型請求保護的技術(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)動信號(2 )，再由光纖將脈沖驅(qū)動信號接至光電轉(zhuǎn)換電路(3 )后變成電信號，再接至互鎖電路(4)產(chǎn)生四路驅(qū)動脈沖給絕緣柵雙極型晶體管IGBT驅(qū)動模塊；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(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，再將直流信號接至IGBT1-IGBT4構(gòu)成的逆變電路，功率單元控制四個絕緣柵雙極型晶體管IGBT的通斷實現(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)生兩路不會同時處于同一邏輯電平上的互鎖信號，且絕緣柵雙極型晶體管IGBT上下橋臂不會同時導(dǎo)通。
專利摘要本實用新型涉及變頻器技術(shù)，特別指一種級聯(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)動脈沖傳輸及通信系統(tǒng)，其特點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)動信號，再由光纖將脈沖驅(qū)動信號接至光電轉(zhuǎn)換電路后變成電信號，再接至互鎖電路產(chǎn)生四路驅(qū)動脈沖給絕緣柵雙極型晶體管IGBT驅(qū)動模塊；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H02M5/458GK202167981SQ20112028661
公開日2012年3月14日 申請日期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, 喻國強, 朱晶亮, 楊立軍, 歐陽紅林, 董湘凌, 鄒德義 申請人:湖南中科電氣股份有限公司