一種級聯型中高壓變頻器的光纖連接方法
2024-01-19 21:04:15 1
專利名稱：：一種級聯型中高壓變頻器的光纖連接方法
技術領域：
：本發明涉及一種中高壓變頻器的傳輸方式及裝置，具體說是一種用於級聯型中高壓變頻器的光纖連接模式，主要用於電機的變頻調速技術。
背景技術：
：目前電能使用中，只有約70%左右是供給電機使用。電機的變頻調速技術作為電機節能的一個有效手段，在工業領域得到了廣泛的應用，並逐漸普及到其它領域。高壓變頻器是實現大功率電機變頻調速技術的主要方式。由於功率單元串聯多電平型，在系統穩定性、控制方式、調試範圍以及對電網諧波汙染方面具有比較明顯的優勢。因此成為了目前高壓變頻器中的主流實現方法。傳統級聯型中高壓變頻器多採用光纖來連接主控器和各功率模塊。一般來說，所需要的光纖數目與組成變頻器的功率模塊數目的2倍左右。由於功率模塊數較多，因此光纖和光纖收發器的數目龐大，連線複雜。因此很有必要對此加以改進。
發明內容本發明的目的旨在克服現有級聯型中高壓變頻器的不足，提供一種光纖數目與組成變頻器的功率模塊數目更少的傳輸方法及其裝置，通過本發明技術所製作出來的級聯型中高壓變頻器，具有光纖和光纖收發器的數目更少，連線更為簡單的特點。本發明的目的是通過下述技術方案實現的一種級聯型中高壓變頻器光纖連接方法，所述的變頻器由多個功率單元組合成組構成，每組各功率單元與控制器之間的控制採用光纖串行通訊的方式連接；所述的光纖串行通訊方式是指變頻器可以由多個低壓的功率單元串聯組成，每組功率單元的控制採用串行通訊的方式，主控制器的輸出光纖與每組第一個功率單元連接，第一個功率單元與本組第二功率單元通過光纖串聯連接，第二個功率單元又與本組第三功率單元通過光纖串聯連接，依次每組的上一功率單元與下一功率單元通過光纖串聯連接，至每組最尾端的功率單元的輸出光纖與主控制器連接，每組功率單元之間採用光纖首尾串聯相互連接。此外，變頻器輸入側的降壓變壓器採用移相方式，這樣可有效消除對電網的諧波汙染；輸出側採用多電平正弦PWM。另外，在某個功率單元出現故障時，通過旁路，可自動退出系統，而其餘的功率單元可繼續保持系統的運行，減少停機時造成的損失。系統採用模塊化設計，可迅速替換故障模塊。該功率單元串聯多電平型變頻器可適用於不同電壓等級的電機。本發明提出了一種新穎的光纖連接方式，該連接方式採用單根光纖串聯的方式替代了傳統的多根光纖並行連接方式，從而大量的減少了光纖及光纖收發器的數目，降低了系統成本，提高了整體的可靠性。圖l為本發明一個功率單元串聯多電平型高壓變頻器結構示意圖2為本發明每組功率單元的控制結構示意圖。具體實施例方式下面將結合附圖和實施例對本發明作進一步的描述。圖1所示是一個傳統的由9個功率單元組成的5電平高壓變頻器的拓撲結構簡圖。9個功率模塊以每三個為一組，分別形成U組功率模塊組、V組功率模塊組和W組功率模塊組，並構成了三相輸出電壓(U,V,W)，U組功率模塊、V組功率模塊和W組功率模塊的輸出分別與電機的三相入口電連接。功率模塊受主控制器直接控制。每個功率模塊和主控制器之間有兩根光纖。其中一根用於發送主控制器的控制命令給功率模塊，另外一根用於傳遞功率模塊的狀態信息給主控制器。每根光纖的長度和控制器與功率模塊的距離相當。每根光纖的長度在5米到6米之間。在圖l所示的系統中，主控制器和之間的光纖連接線為18根，按照平均5.5米的距離來計算。每組功率單元需要的光纖的長度為33米，三組總共需要的光纖的長度為99米。主控制器....h需要9對光纖收發器。加上功率單元上光纖收發器的數目，總共為18對。就通常情況下而言，每組功率單元的數目可以從每組1個到10個之間變動，設每組的數目為N，採用傳統的控制器直接控制各個功率單元的方式下，因需要三組功率單元，則至少需要的光纖的的長度為33N米，根數為6N，需要的光纖收發器的數目為6N。最大情況下，光纖的總長度會達到330米，根數為60根，光纖收發器數目為60對。因此，系統的布線複雜，成本高，且降低了系統的整體可靠性。圖2給出了本發明一個具體的功率單元的控制方式。新型光纖連接模式的基本思想是採用串行通訊的方式來替代目前控制器並行控制各個功率單元的方式。如圖2中所示，一種功率單元串聯多電平型變頻器，由9個功率模塊組成，9個功率模塊以每三個為一組，分別形成U組功率模塊組、V組功率模塊組和W組功率模塊組，並構成了三相輸出電壓(U,V,W)，U組功率模塊4、V組功率模塊5和W組功率模塊7的輸出分別與電機6的三相入口電連接。各功率模塊受主控制器8直接控制。所述的變頻器高壓採用串行通訊的方式，由多個低壓的功率單元串聯組成，每組功率單元的控制採用串行通訊的方式，主控制器的輸出光纖l與每組第一個功率單元連接，第一個功率單元與本組第二功率單元通過光纖9串聯連接，第二個功率單元又與本組第三功率單元通過光纖2串聯連接，依次每組的上一功率單元與下一功率單元通過光纖串聯連接，至每組最尾端的功率單元的輸出光纖3與主控制器8連接，每組功率單元之間採用光纖首尾相互連接。以圖2中U組為例，主控制器只有兩根光纖與u組功率單元相連，其中用於發送主控制器的控制命令給功率模塊的輸出光纖與U1的光纖輸入接口連接，另外一根用於傳遞功率模塊的狀態信息的輸入光纖和U3的光纖輸出口連接，而U1的光纖輸出與U2的光纖輸入連接，U2的光纖輸出與U3的光纖輸入連接。功率單元配置有不同的編碼地址，主控制器通過廣播的方式發送控制命令，功率單元根據控制命令中的信息，依次向主控制器傳遞模塊狀態信息。新型光纖連接方式的方式，主控制器和各功率單元之間只需要3對(6根)光纖連接。由於功率單元之間連接光纖長度比較短，一般小於1米，按照1米計算。並設每組中功率單元數目為N。則有總的光纖長度可按照以下公式計算6X5.5+3X(N-1)=30+3N;總的光纖根數為3+3N總的光纖收發器對數3+3N下表l是目前的光纖連接方式和新型光纖連接方式的對比表l兩種光纖連接方式的對比tableseeoriginaldocumentpage6新型連接方式的光纖總長度為30+30=60米，傳統光纖連接的光纖總長度為330米。新型連接的總長度只有傳統光纖連接方式的18.1%。新型連接方式的光纖收發器對為33，傳統光纖連接的光纖收發器對為60。新型連接的光纖收發器數目為傳統方式的55%。新型連接方式的光纖數目對為33，傳統光纖連接的光纖數目為60。新型連接的光纖收發器數目為傳統方式的55%。由此可見，新型連接方式可以大幅度的減少光纖及光纖收發器的數目。在模塊數目越大，其減小更加明顯。本發明提出的新型光纖連接模式可以大量減少光纖連接的數目，從而達到降低成本，減小系統布線複雜度，提高可靠性的目的。此外，變頻器輸入側的降壓變壓器採用移相方式，這樣可有效消除對電網的諧波汙染；輸出側採用多電平正弦PWM。另外，在某個功率單元出現故障時，通過旁路，可自動退出系統，而其餘的功率單元可繼續保持系統的運行，減少停機時造成的損失。系統採用模塊化設計，可迅速替換故障模塊。該功率單元串聯多電平型變頻器可適用於不同電壓等級的電機。權利要求1、一種級聯型中高壓變頻器的光纖連接方法，所述的變頻器由多個功率單元組合成組構成，其特徵在於每組各功率單元與控制器之間的控制採用光纖串行通訊方式連接。2、如權利要求l所述的級聯型中高壓變頻器的光纖連接方法，其特徵在於所述的光纖串行通訊方式是指變頻器可以由多個低壓的功率單元串聯組成，每組功率單元的控制採用串行通訊的方式，主控制器的輸出光纖與每組第一個功率單元連接，第一個功率單元與本組第二功率單元通過光纖串聯連接，第二個功率單元又與本組第三功率單元通過光纖串聯連接，依次每組的上一功率單元與下一功率單元通過光纖串聯連接，至每組最尾端的功率單元的輸出光纖與主控制器連接，每組功率單元之間採用光纖首尾串聯相互連接。3、如權利要求l所述的級聯型中高壓變頻器的光纖連接方法，其特徵在於功率單元配置有不同的編碼地址，主控制器通過廣播的方式發送控制命令，功率單元根據控制命令中的信息，依次向主控制器傳遞模塊狀態信息。4、如權利要求l所述的級聯型中高壓變頻器的光纖連接方法，其特徵在於所述的輸入側的降壓變壓器採用移相方式構成；輸出側採用多電平正弦PWM技術。全文摘要一種級聯型中高壓變頻器的光纖連接方法，每組功率單元的控制採用串行通訊的方式，主控制器的輸出光纖與每組第一個功率單元連接，第一個功率單元與本組第二功率單元通過光纖串聯連接，第二個功率單元又與本組第三功率單元通過光纖串聯連接，依次每組的上一功率單元與下一功率單元通過光纖串聯連接，至每組最尾端的功率單元的輸出光纖與主控制器連接，每組功率單元之間採用光纖首尾串聯相互連接。文檔編號H02M5/00GK101431290SQ20081014395公開日2009年5月13日申請日期2008年12月15日優先權日2008年12月15日發明者洋曹,軍李,王小方,羅仁俊,藍德劭申請人:株洲變流技術國家工程研究中心有限公司