一種通過隔離信號鏈路採樣的變頻器的製造方法
2023-12-05 23:48:46
一種通過隔離信號鏈路採樣的變頻器的製造方法
【專利摘要】本實用新型涉及電氣設備領域，具體而言，涉及一種通過隔離信號鏈路採樣的變頻器。該通過隔離信號鏈路採樣的變頻器，包括主控制器和傳感器，所述傳感器通過光纜與主控制器連接。本實用新型提供的該通過隔離信號鏈路採樣的變頻器，與現有技術中的變頻器中，傳感器在採集到所需要檢測的信號之後，通過長距離的屏蔽線纜將採集到的信號傳輸給含有採樣電路的主控制器中，導致採集到的信號在屏蔽電纜中進行傳輸的時候受到了外界幹擾的影響相比，其通過使用光纜來連接位於變頻器內部的傳感器和主控制器，由於光纖具有優秀的抗幹擾性能，使得變頻器內部的傳感器所採集到的信號在傳輸時難以受到外界幹擾的影響，從而解決了現有技術中的不足。
【專利說明】一種通過隔離信號鏈路採樣的變頻器
【技術領域】
[0001]本發明涉及電氣設備領域，具體而言，涉及一種通過隔離信號鏈路採樣的變頻器。
【背景技術】
[0002]變頻器(Variable-frequency Drive，VFD)是應用變頻技術與微電子技術，通過改變電機工作電源頻率方式來控制交流電動機的電力控制設備。變頻器主要由整流(交流變直流)、濾波、逆變(直流變交流)、制動單元、驅動單元、檢測單元微處理單元等組成。作為一種基本的電器設備，已經得到了較為廣泛的應用。
[0003]變頻器(包括逆變器)分為電壓源型和電流源型兩類，其中電壓源型按照每相能夠輸出的電平數量，分為2電平、3電平、5電平以及更多電平等，其中超過2電平的變頻器統稱為多電平變頻器，輸出電壓超過lkV的稱為高壓變頻器。
[0004]在單個電力電子器件耐電壓水平受限的情況下，更多的電平意味著更高的電壓輸出能力，以及輸出電壓具有更好的波形，更低的諧波，這也是電平數量增加的主要意義。
[0005]電壓源型多電平變頻器分為共直流母線結構和變壓器隔離結構兩類，前者的每個輸出相共用直流母線，結構較為簡潔，但需要較為先進的電路拓撲才能夠產生較多電平的輸出；後者由變壓器的相互隔離的繞組提供相互隔離的電源，然後通過不同繞組對應的逆變電路間的電壓疊加實現多電平輸出，這種變頻器由於使用的電力電子器件的耐壓水平要求較低，因此整機成本較低，目前市場上絕大多數高壓變頻器採用此結構，此類型的變頻器如圖1中所示，主要包括整流變壓器、功率單元兩部分。
[0006]對於這類高壓變頻器，功率單元數量較多(10kV變頻器功率單元數目多達24個以上)，體積較大，有的長達10?20米，而且由於電力電子器件的連續高速動作，櫃內電磁輻射很強。受到櫃內空間和絕緣設計等約束條件影響，很多電壓、電流傳感器需要安裝在上述強電磁輻射的櫃內，通過較長的引線接入控制系統。試驗表明，變頻器需要測量的電壓、電流信號即使採用屏蔽線傳輸，仍有較多的高頻噪聲，對變頻器的控制與保護造成幹擾。
[0007]對於高壓變頻器來說，進行高精度控制的必要條件是採集的各反饋信號必須準確、快速，且噪聲較小。收到幹擾的信號引入變頻器的控制系統，將對變頻器的高精度高性能控制構成顯著的影響。
[0008]相關技術中的變頻器，將電壓、電流傳感器的信號，通過屏蔽電纜，直接送至變頻器控制系統的採樣板進行採樣。屏蔽電纜一般會經過具有高電磁噪聲環境的變頻器櫃內部，且距離較遠，有的系統長達10米以上。信號經過高電磁噪聲的環境進行傳輸後，混入了大量的噪聲。這些噪聲會對變頻器的控制和保護造成不利影響。如圖2所示，高壓變頻器分為三個部分，變壓器櫃、功率單元櫃和控制櫃，分別位於變壓器櫃和功率單元櫃的兩個傳感器需要通過屏蔽電纜與位於控制櫃中的主控制器電連接，實際上也就是與主控制器中的採樣電路電連接，使採樣電路能夠獲取其他兩個櫃中的採樣信號。但，實際使用中，分別位於變壓器櫃和功率單元櫃中的傳感器與主控制器進行信號傳輸的電纜經常在10米以上，信號在傳輸的過程中極易受到幹擾。
[0009]綜上，相關技術中的變頻器，在內部進行信號傳輸的時候，由於信號傳輸線過長，信號在傳輸過程中容易受到幹擾。
【發明內容】
[0010]本發明的目的在於提供一種通過隔離信號鏈路採樣的變頻器，以解決上述的問題。
[0011]在本發明的實施例中提供了一種通過隔離信號鏈路採樣的變頻器，其特徵在於，包括主控制器和傳感器，傳感器通過光纜與主控制器連接。
[0012]優選的，所述傳感器由電信號傳感器和與之電連接的信號採樣板組成，所述信號採樣板與所述電信號傳感器輸出端連接，且用於對所述電信號傳感器輸出的電信號進行處理和採樣，並通過光纜與所述主控制器連接。
[0013]優選的，傳感器包括位於變壓器櫃內的第一傳感器和位於功率單元櫃內的第二傳感器；
[0014]第一傳感器通過光纜與主控制器連接，和/或第二傳感器通過光纜與主控制器連接。
[0015]優選的，所述傳感器還包括:位於變壓器櫃內的第一信號採樣板和位於功率單元櫃內的第二信號採樣板；
[0016]第一信號採樣板與第一傳感器通過光纜，和/或屏蔽電纜連接，第一信號採樣板通過光纜與主控制器連接；
[0017]第二信號採樣板與第二傳感器通過光纜，和/或屏蔽電纜連接，第二信號採樣板通過光纜與主控制器連接。
[0018]優選的，第一傳感器與第一信號採樣板緊貼設置，和/或第二傳感器與第二信號採樣板緊貼設置。
[0019]優選的，光纜為62.5/125 μ m玻璃光纖。
[0020]優選的，屏蔽電纜為2X0.5 mm2-4X0.5 mm2屏蔽銅絞線電纜。
[0021]本發明實施例提供的一種通過隔離信號鏈路採樣的變頻器，與現有技術中的變頻器中，傳感器在採集到所需要檢測的信號之後，通過長距離的屏蔽線纜將採集到的信號傳輸給含有採樣電路的主控制器中，導致採集到的信號在屏蔽電纜中進行傳輸的時候受到了外界幹擾的影響相比，其通過使用光纜來連接位於變頻器內部的傳感器和主控制器，由於光纖具有優秀的抗幹擾性能，使得變頻器內部的傳感器所採集到的信號在傳輸時難以受到外界幹擾的影響，從而解決了現有技術中的不足。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]圖1示出了相關技術中變頻器的整體內部結構關係圖；
[0023]圖2示出了相關技術中變頻器的內部結構位置示意圖；
[0024]圖3示出了本實用新型實施例的一種通過隔離信號鏈路採樣的變頻器內部結構基本位置關係圖；
[0025]圖4示出了本實用新型實施例的一種通過隔離信號鏈路採樣的變頻器內部結構的一種優化位置關係圖；
[0026]圖5示出了本實用新型實施例的一種通過隔離信號鏈路採樣的變頻器內部結構的另一種優化位置關係圖。
【具體實施方式】
[0027]下面通過具體的實施例子並結合附圖對本發明做進一步的詳細描述。
[0028]本實用新型實施例1提供了一種通過隔離信號鏈路採樣的變頻器，如圖3所示，包括主控制器和傳感器，傳感器通過光纜與主控制器電連接。傳感器是位於變頻器內部的，並且傳感器通常設置於靠近信號源的位置，以提高傳感器獲取到信號的質量。由於傳感器與主控制器通過光纜連接，因而提高了信號在光纜內部的抗幹擾的性能。
[0029]進一步，所述傳感器由電信號傳感器和與之電連接的信號採樣板組成，所述信號採樣板與所述電信號傳感器輸出端連接，且用於對所述電信號傳感器輸出的電信號進行處理和採樣，並通過光纜與所述主控制器連接。也就是電信號傳感器用於採集信號，並通過其輸出端將電信號發送給信號採樣板，信號採樣板在採集信號之後，將數位訊號通過光纜傳送給主控制器。
[0030]進一步，如圖4所示，傳感器包括:位於變壓器櫃內的第一傳感器和位於功率單元櫃內的第二傳感器；
[0031]第一傳感器通過光纜與主控制器連接，和/或第二傳感器通過光纜與主控制器連接。
[0032]如圖2所示，變壓器櫃和功率單元櫃中的傳感器通常是多個，多個傳感器所檢測信號的種類也可能是不同的，在櫃內的位置分布也是有差別的，每個傳感器均通過屏蔽電纜與位於控制櫃中的主控制器進行連接，將採集到的信號發送給主控制櫃器中的採樣電路，主控制器中的控制晶片根據採集到的信號來實現對變頻器中其他結構的控制。但位於變壓器櫃和功率單元櫃中的傳感器與主控制器中的採樣電路連接時，通常不能以直線的方式進行，其原因是考慮到線路排布和線路走向的問題，直線連接不安全、容易造成混亂和對各個櫃中的其他期間帶來影響，因此，各個傳感器需要與採樣電路按照既定的走線方式來連接，這種既定的走線方式通常是沿著各個櫃的邊沿排線的，也就造成了用於傳輸傳感器所採集到的信號的屏蔽電纜的線路過長，在信號經過較長的傳輸線纜進行傳輸的時候，即便屏蔽電纜能夠起到一定的信號屏蔽作用，也會對傳輸的信號造成大量的幹擾，同時主控制器的控制晶片要依賴於各個傳感器所採集到的信號進行反饋控制，一旦控制晶片所接收到的信號便是受到嚴重幹擾的信號時，控制晶片所作出的反饋控制也必然是極不準確的，也就是控制精度會大大降低。
[0033]雖然可以通過預估的方式來判斷幹擾信號的幅值，但幹擾信號的幅值通常是個變化的量，而不是常量，因此，預估的方法也無法解決變頻器中信號幹擾對控制造成影響的問題。
[0034]由此，可以利用光線材質的特點，使用光纜來連接各個櫃中的傳感器和主控制器，光纖的基本成分是石英，只傳光，不導電，不受電磁場的作用，在其中傳輸的光信號不受電磁場的影響，故光纖傳輸對電磁幹擾、工業幹擾有很強的抵禦能力。也正因為如此，在光纖中傳輸的信號不易被竊聽，因而利於保密。需要說明的是，本專利所說的連接，或電連接的形式均包括直接電路連接、光纖信號連接、經複雜信號鏈路連接、以及經晶片邏輯處理的信號鏈路連接等。
[0035]本實用新型所提供的一種通過隔離信號鏈路採樣的變頻器不需要改變各個櫃之間的架構，而是使用光纖作為傳感器與主控制器連接線，從而使控制器所接收到的信號中的幹擾很小。
[0036]進一步，為了提高主控制器所採集到的信號質量，如圖5所示，本實用新型所提供的變頻器中，傳感器還包括:位於變壓器櫃內的第一信號採樣板和位於功率單元櫃內的第二信號米樣板；
[0037]第一信號採樣板與第一傳感器通過光纜，和/或屏蔽電纜連接，第一信號採樣板通過光纜與主控制器連接；
[0038]第二信號採樣板與第二傳感器通過光纜，和/或屏蔽電纜連接，第二信號採樣板通過光纜與主控制器連接。
[0039]相比於模擬信號，數位訊號在使用相同的介質，傳播預定的距離，受到的幹擾相對較小，因此，可以將各個傳感器所採集到的模擬信號通過對應的信號採樣板採樣為離散的數位訊號，再將採集後的數位訊號通過光纜傳輸給主控制器，以使主控制器進行相應的控制。
[0040]當然，為了儘量降低傳感器與對應的信號採樣板之間在傳輸模擬信號時，給信號所帶來的幹擾，第一傳感器與第一信號採樣板緊貼設置，和/或第二傳感器與第二信號採樣板緊貼設置。
[0041]位於變壓器櫃和功率單元櫃中的變壓器數量可能是較多的，如可以為同一個櫃中的每個傳感器均配置一個與該傳感器所對應的信號採樣板，這樣每個信號採樣板能夠與傳感器緊貼設置，以減少傳感器-信號採樣板的信號幹擾，再由每個信號採樣板通過光纜與主控制器進行連接，以傳輸數位訊號。還可以是同一個櫃中的傳感器公用一個信號採樣板，這樣能夠提高信號採樣板的集成化，簡化內部布局，節省空間。具體使用哪種傳感器與信號採樣板的配置關係，可以根據具體的使用情況而定。
[0042]具體的，光纜為62.5/125 μ m玻璃光纖；屏蔽電纜為2X0.5mm2-4X0.5mm2屏蔽銅絞線電纜。優選的，屏蔽電纜一般為3X0.5 mm2屏蔽銅絞線電纜。
[0043]本發明實施例提供的變頻器，通過使用光纜來連接位於變壓器櫃內的第一傳感器和主控制器，和/或使用光纜來連接位於功率單元櫃內的第二傳感器和主控制器，由於光纖具有優秀的抗幹擾性能，採用本實用新型所提供的拓撲結構，由於充分地利用了光纖的抗幹擾特性，將絕大多數的信號傳輸距離由光纖實現，顯著地降低了易受幹擾的電信號傳輸的距離，因此能夠顯著地提高採樣信噪比，進而提高系統的控制性能，並且還通過將信號採集板貼近設置在對應的傳感器旁，使得傳感器所發出的模擬信號能夠先轉換為數位訊號，再使用光纜將數位訊號傳輸給主控制器，進一步降低了採集到的信號，在傳輸時受到幹擾的問題，從而更好的解決了現有技術中的不足。
[0044]以上所述僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明，對於本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種通過隔離信號鏈路採樣的變頻器，其特徵在於，包括主控制器和傳感器，所述傳感器通過光纜與主控制器連接。
2.根據權利要求1所述的一種通過隔離信號鏈路採樣的變頻器，其特徵在於，所述傳感器由電信號傳感器和與之電連接的信號採樣板組成，所述信號採樣板與所述電信號傳感器輸出端連接，且用於對所述電信號傳感器輸出的電信號進行處理和採樣，並通過光纜與所述主控制器連接。
3.根據權利要求2所述的一種通過隔離信號鏈路採樣的變頻器，其特徵在於，所述傳感器包括:位於所述變頻器的變壓器櫃內的第一傳感器和位於所述變頻器的功率單元櫃內的第二傳感器； 所述第一傳感器通過光纜與所述主控制器連接，和/或所述第二傳感器通過光纜與所述主控制器連接。
4.根據權利要求3所述的一種通過隔離信號鏈路採樣的變頻器，其特徵在於，所述傳感器還包括:位於所述變壓器櫃內的第一信號採樣板和位於所述功率單元櫃內的第二信號米樣板； 所述第一信號採樣板與所述第一傳感器通過光纜，和/或屏蔽電纜連接，所述第一信號採樣板通過光纜與所述主控制器連接； 所述第二信號採樣板與所述第二傳感器通過光纜，和丨或屏蔽電纜連接，所述第二信號採樣板通過光纜與所述主控制器連接。
5.根據權利要求3所述的一種通過隔離信號鏈路採樣的變頻器，其特徵在於，所述第一傳感器與所述第一信號採樣板緊貼設置，和/或所述第二傳感器與所述第二信號採樣板緊貼設置。
6.根據權利要求1所述的一種通過隔離信號鏈路採樣的變頻器，其特徵在於，所述光纜為62.5/125 VIII玻璃光纖。
【文檔編號】H02M1/00GK204205915SQ201420618647
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年10月23日 優先權日:2014年10月23日
【發明者】馬永健 申請人:北京合力電氣傳動控制技術有限責任公司