一種模擬高壓變頻器的低壓動模平臺的製作方法

2023-11-04 22:18:27

本實用新型涉及低壓動模平臺，具體為一種模擬高壓變頻器的低壓動模平臺。

背景技術：

變頻器是利用電力半導體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。高壓大功率變頻調速裝置被廣泛地應用於大型礦業生產廠、石油化工、市政供水、冶金鋼鐵、電力能源等行業的各種風機、水泵、壓縮機、軋鋼機等。

由於高壓變頻器的複雜性，很多問題僅靠理論分析是不夠的，只有把理論分析和科學實驗結合起來，才能得到正確的結論。高壓變頻器的實驗研究可在實際的電力電子裝置(一般稱原型)。在原型上進行實驗研究，往往受高壓系統的安全、可靠運行的限制，無法正常模擬試驗。

技術實現要素：

針對現有技術中存在的問題，本實用新型提供一種模擬高壓變頻器的低壓動模平臺，結構簡單，設置合理，能夠對高壓變頻器進行低壓動態模擬。

本實用新型是通過以下技術方案來實現：

一種模擬高壓變頻器的低壓動模平臺，包括依次連接的電機、變頻器、高速通信單元和用於與變頻器及電機實現半實物仿真聯合試驗的RTLAB仿真系統；所述變頻器包括控制保護系統、主電路設備和功率單元；主電路設備、功率單元和電機依次連接在380V母線上；所述主電路設備包括連接380V母線上的主空開QF1，以及連接在主空開QF1另一端的電壓傳感器和兩個並聯支路；一個支路包括依次連接的空開QF4、接觸器KM1、上電電阻和電流傳感器，上電電阻上並聯有接觸器KM2；另一支路包括依次連接的空開QF3和移相變壓器；兩個並聯支路的輸出端均連接功率單元；所述控制保護系統經空開QF2連接主空開QF1供電；控制保護系統的輸入端連接電壓傳感器和電流傳感器，輸出端分別連接接觸器KM1、接觸器KM2和功率單元；所述高速通信單元用於控制保護系統與RTLAB仿真系統的連接和高速通信；高速通信單元包括VME橋接晶片和FPGA，以及與RTLAB仿真系統連接的高速光纖收發單元；FPGA採用第一PCIE接口與光纖收發單元連接，採用第二PCIE接口與VME橋接晶片連接；VME橋接晶片採用VME總線與控制保護系統連接進行數據傳輸。

優選的，還包括連接在控制保護系統上的上位機、溫度傳感器、數據存儲單元和數據顯示單元。

優選的，還包括測量設備；所述測量設備包括設置在電機上的轉矩傳感器和轉速傳感器，用於採集電機運行狀態發送給控制保護系統。

優選的，所述功率單元採用H橋結構的IGBT及其驅動電路。

優選的，所述主電路設備的參數以10kV:380V為係數等比例縮小原型中對應主電路設備參數進行設置。

優選的，控制保護系統的輸入端通過低速光纖連接電壓傳感器和電流傳感器。

優選的，高速通信單元與RTLAB仿真系統中建立的控制層模型對接。

與現有技術相比，本實用新型具有以下有益的技術效果：

本實用新型利用連接在380V母線上的變頻器，提供低壓動態模擬的硬體組成，通過控制保護系統和利用VME總線架構的高速通信單元，經高速光纖實時與RTLAB仿真系統互聯，實現模擬高壓變頻器和電機的半實物仿真聯合試驗。

進一步的，通過上位機、溫度傳感器、數據存儲單元和數據顯示單元的設置，能夠滿足對控制保護系統的實時控制、監測以及狀態顯示。

進一步的，通過測量設備，對電機進行監控，保證電路的安全可靠。

進一步的額，本實用新型將高壓變頻器各參數和變量按比例縮小，表示的數值與原型相等。在動態模擬中，模型和原型的物理現象有相同的時間標尺，即模型和原型各元件的時間常數，例如電機勵磁迴路的時間常數T，以秒為單位相等。在380V低壓低壓動模平臺所做動模試驗的結果，可得出10kV或其他電壓等級高壓變頻器等效試驗結論。

附圖說明

圖1是本實用新型實例中所述低壓動模平臺的電氣圖。

圖2是本實用新型實例中所述低壓動模平臺的結構原理框圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本實用新型做進一步的詳細說明，所述是對本實用新型的解釋而不是限定。

如圖1和圖2所示，本實用新型一種模擬高壓變頻器的低壓動模平臺，包括變頻器、電機、測量設備、高速通信單元和RTLAB仿真系統。

所述變頻器包括控制保護系統、主電路設備和功率單元。所述變頻器的主電路設備參數按照10kV:380V等比例縮小；所述主電路設備、功率單元和電機按順序連接在380V母線上。主電路設備包括連接380V母線上的主空開QF1，以及連接在主空開QF1另一端的電壓傳感器PT1-PT3和兩個並聯支路；一個支路包括依次連接的空開QF4、接觸器KM1、上電電阻R1-R3和電流傳感器LIM1-LIM3，上電電阻R1-R3上並聯有接觸器KM2；另一支路包括依次連接的空開QF3和移相變壓器TC1；兩個並聯支路的輸出端均連接功率單元；所述控制保護系統經空開QF2連接主空開QF1供電；控制保護系統的輸入端連接電壓傳感器PT1-PT3和電流傳感器LIM1-LIM3，輸出端分別連接接觸器KM1、接觸器KM2和功率單元；

其中，測量設備包括轉矩傳感器和轉速傳感器等，用於採集電機運行狀態發送給控制保護系統。高速通信單元用於變頻器控制保護系統與RTLAB系統連接並實現高速通信；其包括與RTLAB仿真系統連接的高速光纖收發單元，採用VME總線與控制保護系統數據傳輸的VME橋接晶片，以及FPGA；FPGA採用第一PCIE接口與所述光纖收發單元連接，採用第二PCIE接口與VME橋接晶片連接。RTLAB仿真系統用於與變頻器實現半實物聯合試驗。所述RTLAB仿真系統中建立控制層模型配合驗證變頻器和電機。

本實施例中還包括與控制保護系統連接的上位機、溫度傳感器、數據存儲和數據顯示單元；實現低壓動模平臺的控制、測量和顯示。功率單元包含H橋結構的IGBT及其驅動電路。

低壓動模平臺主電路參數以10kV:380V為係數等比例縮小。僅需要一路低壓交流電源即可實現整個低壓動模平臺主電路電源和控制電源供電，電源輸入範圍220V～1140V。

使用時，RTLAB仿真系統中建立控制層模型，執行變頻器控制算法，將電機轉速和控制指令通過高速通信單元發送給變頻器的控制保護系統，控制保護系統執行RTLAB仿真系統的指令對電機進行控制。同時，控制保護系統還將電機的轉速和變頻器的運行狀態信息通過高速通信單元反饋給RTLAB仿真系統的。可見，此時的控制保護系統不再具有控制功能，只具有指令執行和數據傳輸功能。

高速通信單元採用FPGA為處理器，通過VME協議轉換晶片將控制保護系統的VME總線轉換成PCIE串行通信協議，再由FPGA軟體實現協議轉換，轉換成PCIE、SRIO、AURORA、工業乙太網等高速串行通信協議，經光纖收發單元轉換成光信號與RTLAB系統通信。高速通信單元，對外接口為高速光纖，可實現包括PCIE、RapidIO和Aurora等多種通信協議的高速串行通信。

本實用新型所述的低壓動模平臺通過現有技術中的軟體控制，可實現以下驗證：

低壓動模平臺可實現兩電平、多電平和模塊級聯多電平等各種拓撲的高壓變頻器的試驗驗證。

低壓動模平臺可實現兩象限變頻器、四象限變頻器等各種高壓變頻器的試驗驗證。

低壓動模平臺可實現恆壓頻比控制、矢量控制、直接轉矩控制等各種高壓變頻器控制模式的試驗驗證。

低壓動模平臺可實現高壓變頻器系統主電路一次設備選型、參數設計等試驗驗證。

低壓動模平臺可實現高壓變頻器系統級、功率單元和電機故障監測和故障保護策略的試驗驗證。

低壓動模平臺可實現高壓變頻器系統各級損耗、效率、散熱效果等試驗驗證。

對於本實用新型各個實施例中所闡述的平臺，凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。