专利名称：中压变频器的控制电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种控制电路，尤其是一种中压变频器的控制电路，属于中压变频器控制的技术领域。
背景技术：
电动机是工业生产中主要的耗电设备，中压大功率电动机的应用更为突出，而这些设备大部分都存在很大的节能潜力，所以大力发展中压大功率变频调速技术具有时代的必要性和迫切性。国家也提出节能减排的目标责任制作为对企业考核目标；高污染高能耗企业将被淘汰，而中压变频器的应用也逐步得以推广。变频调速技术发展至今已有30多年的历史，由低压变频器构成的交流调速系统，因其技术上的不断创新，使系统在性能上不断地完善，并在电气传动领域挑战直流调速系统，已得到了广泛的应用。现在，中压变频技术在发达国家已经成熟，随着新的电力电子器件的不断出现，新的变换技术层出不穷，使得其得到更加广泛的推广应用。中压大功率调速领域采用交流变频调速已是其发展的趋势。这是因为中压大功率(315kW以上)的交流调速系统无论是在性能上，还是在价格上都优于直流系统。中压变频技术泛指3kV、6kV、IOkV三个电压等级领域的变频技术。为实现对中压大功率交流电动机的变频调速，人们提出了多种拓扑结构，比较实用并已产品化的中压变频器，按其主接线可分为交一交变频和交一直一交变频两大类。而交一直一交变频又可分为中一低一中方式、中一低方式及中一中方式。按中间直流滤波环节的不同，在交一直一交变频领域中又可分为电流源型、三电平PWM (Pulse Width Modulation)电压源型(也称为 Neutral Point Clamped中点嵌位)、单元串联多电平P丽电压源型。中压变频技术的迅速发展是建立在电力电子技术的创新、电力电子器件及材料的开发及器件制造工艺水平提高基础之上的，尤其是高压大容量 GTO (Gate Turn-Off Thyristor)、IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)、IGCT (Intergrated Gate Commutated Thyristors)器件的成功开发，使中压大功率变频技术得以迅速发展，性能日益完善。但是，目前中压变频器在对中压大功率电动机进行变频调速控制时，控制精度低， 稳定性差，影响了中压大功率电动机的变频调速应用。
发明内容本实用新型的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种中压变频器的控制电路，其结构紧凑，安装实用方便，抗干扰能力强，控制精度高，稳定性好，安全可靠。按照本实用新型提供的技术方案，所述中压变频器的控制电路，包括用于检测主电路电压与电流信号的主电路信号检测模块及用于检测变压器电压及电流信号的变压器信号检测模块，所述主电路信号检测模块的输出端通过第二滤波模块及第一线性光耦合理模块与第一偏置比例模块的输入端相连，第一偏置比例模块的输出端与用于模数信号转换的模拟电路控制模块相连，模拟电路控制模块与第一微处理器相连；变压器信号检测模块的输出端通过第二滤波模块及第二线性光耦隔离模块与第二偏置比例模块的输入端相连，第二偏置比例模块通过模拟电路控制模块与第一微处理器的输入端相连；模拟电路控制模块的输出端与用于输出多电平PWM信号的模拟信号输出模块相连。所述变压器信号检测模块包括变压器电压检测模块及变压器电流检测模块。所述变压器信号检测模块还包括变压器温度检测模块，所述变压器温度检测模块的输出端通过第二滤波模块及第二线性光耦隔离模块与温度检测仿真模块相连，温度检测仿真模块的输出端通过模拟电路控制模块与第一微处理器相连。所述主电路信号检测模块包括主电路电流检测模块及主电路电压检测模块。所述主电路电流检测模块为电流互感器，主电路电压检测模块为电压互感器。所述第一微处理器与第二微处理器相连，第二微处理器通过通讯模块与上位机相连。所述第一微处理器为DSP，第二微处理器为FPGA ；所述通讯模块为RS485通讯电路。所述第一微处理器的输出端与显示/键盘电路相连，第一微处理器的输入端与 JTAG接口相连。所述模拟电路控制模块的输入端与模拟信号输入模块相连，第一微处理器与开关量控制模块相连。所述第一滤波模块包括第一电阻、第二电阻及第三电阻，第一电阻与第一二极管的阳极端相连，第二电阻与第二二极管的阳极端相连，第三电阻与第三二极管的阳极端相连；第一二极管、第二二极管及第三二极管的阴极端连接成等电位；第二二极管的阴极端与第四二极管的阳极端、第五二极管的阴极端及第四电阻相连；第四二极管的阴极端与正电源电压VCC相连，第五二极管的阳极端与负电源电压VEE相连；第四电阻与第二二极管阴极端相连的另一端分别与第一电容及第五电阻相连，第一电容的另一端与运算放大器A的输出端相连，第五电阻的另一端与运算放大器A的同相端及第二电容相连，第二电容的另一端接地；运算放大器A的反相端通过第七电阻与运算放大器A的输出端相连；第七电阻对应于与运算放大器A反相端相连的一端通过第六电阻接地；运算放大器A的电源端分别与正电源电压VCC及负电源电压VEE相连。本实用新型的优点通过第一滤波模块对主电路检测模块的检测信号进行滤波处理，并通过第一线性光耦隔离电路进行隔离，确保主回路与控制回路的有效隔离；第一偏置比例模块能够将住电流检测模块的检测信号设定在相应的范围内；第二滤波模块对变压器信号检测模块的检测信号进行滤波处理，温度检测仿真模块能确保变压器输出的频率在设定范围内；第一微处理器与第二微处理器间相应配合后，根据相应的检测输入，通过模拟信号输出模块输出多电平PWM信号，结构紧凑，安装实用方便，抗干扰能力强，控制精度高，稳定性好，安全可靠。
图1为本实用新型的结构框图。图2为本实用新型第一滤波模块的原理图。
具体实施方式
[0018]下面结合具体附图和实施例对本实用新型作进一步说明。如图1所示本实用新型包括主电路信号检测模块1、第一滤波模块2、第一线性光耦隔离模块3、第一偏置比例模块4、变压器信号检测模块5、第二滤波模块6、第二线性光耦隔离模块7、温度检测仿真模块8、模拟电路控制模块9、第一微处理器10、模拟信号输入模块11、模拟信号输出模块12、显示/键盘模块13、JTAG接口 14、开关量控制模块15、第二微处理器16、通讯模块17、扩展电路输入模块18、扩展电路控制模块19、变压器电压检测模块 20、变压器电流检测模块21、变压器温度检测模块22、第二偏置比例模块23、主电路电流检测模块M及主电路电压检测模块25。如图1所示为了使变频器的输出能够对中压大功率电动机进行精确调速，主电路信号检测模块1检测主中压大功率电动机主电路的电压与电流信号，主电路信号检测模块1包括主电路电流检测模块M及主电路电压检测模块25，主电路电流检测模块M包括电流互感器，主电路电压检测模块25包括电压互感器，电流互感器与电压互感器能够对中压工作主电路的电压与电流进行检测。主电路信号检测模块1的输出端与第一滤波模块2 相连，第一滤波模块2用于对检测的电流与电压信号进行整流滤波处理，第一滤波模块2的输出端与第一线性光耦隔离模块3相连，第一线性光耦隔离模块3能够对第一滤波模块2 输出的电流、电压信号进行信号放大，同时能够将确保输入和输出信号的有效隔离，使中压大功率电动机的工作的主电路与控制电路不产生干扰。第一线性光耦隔离模块3的输出端与第一偏置比例模块4相连，第一偏置模块4的输出端通过模拟电路控制模块9与第一微处理器10相连；第一偏置比例模块4将第一线性光耦隔离模块3输入的电压、电流信号进行偏置及比例变换后输出，第一偏置比例模块4输出的检测电流或电压信号能够满足相应的单极信号，并保证相应电流或电压信号的频率在设定范围内。模拟电路控制模块9能够将第一偏置模块4输入的模拟信号转换为相应的数字信号，并输入到第一微处理器10内； 同时，还能够将第一微处理器10输出的数字信号转换为相应的模拟信号，并将转换的模拟信号通过模拟信号输出模块12输出。第一微处理器10采用型号为TMS320F2812的DSP (Digital Signal Processing)处王里器。中压大功率电动机的工作电路中，变压器主要用于实现电压变换；变压器输出的低压信号作为控制电源；变压器的电流、电压及温度变化对中压大功率电动机的运行产生影响；变压器工作过程中温度的升高会影响变压器的绝缘性能，为了确保变压器能可能的工作，需要对变压器的工作温度进行检测与控制；且通过对变压器温度进行检测控制，能够确保变频器输出频率在允许范围内。变压器信号检测模块5包括变压器电压检测模块20、 变压器电流检测模块21及变压器温度检测模块22 ；其中，变压器电压检测模块20采用电压互感器，变压器电流检测模块21采用电流互感器，变压器温度检测模块22采用温度传感器。变压器信号检测模块5的输出端与第二滤波模块6相连，第二滤波模块6的输出端与第二线性光耦隔离模块7相连；第二线性光耦隔离模块7分别通过第二偏置比例模块23及温度检测仿真模块8与模拟信号控制模块9相连；第二偏置比例模块23用于对检测变压器的电流与电压信号进行偏置后比例缩放，温度检测仿真模块8用于对变压器的温度信号进行控制，用于检测变压器温度变化对变压器输出频率的影响；当变压器的温度升高影响变压器的输出时，温度检测仿真模块8控制变压器的工作状态，比如通过对变压器进行降温或者关断变压器的通断，实现对变压器的反馈控制，确保变压器的工作安全可靠；同时，温度检测仿真模块8的输出端通过模拟信号控制模块9将变压器温度信号输入到第一微处理器10内。模拟信号控制模块9的输入端与模拟信号输入模块11相连，模拟信号输入模块 11输入的信号包括中压大功率电动机的旋转速度、过电流或过电压信号，实现对电动机工作的反馈闭环，并能确保中压大功率电动机的工作安全可靠。第一微处理器10的输出端与显示/键盘模块13相连，通过显示/键盘模块13的显示功能显示输出整个控制部分的工作状态，通过键盘模块进行相应的调整。第一微处理器10的输入端与JTAG接口 14相连， 通JTAG接口 14能向第一微处理器10进行读写操作；第一微处理器10与开关量控制模块 15相连，开关量控制模块15用于采集开关量信号，并能够将相应的合开闸等信号输出，完成整个控制电路的开关量动作。第一微处理器10与第二微处理器16相连，第二微处理器 16采用FPGA (Field-Programmable Gate Array)芯片，第二微处理器16通过通讯模块17 与上位机相连，通讯模块17采用RS485通讯方式。当第二微处理器16通过通讯模块17与上位机相连后，第一微处理器10能够通过第二微处理器16及通讯模块17向上位机输出相应的工作状态，上位机也能够通过通讯模块17、第二微处理器16向第一微处理器10进行远程监控。第一微处理器10与第二微处理器16相互配合，完整控制部分的数据运算及信号输出；达到对中压大功率电动机转速的精确调节。第一微处理器10的输入端与扩展电路输入模块18及扩展电路控制模块19相连，扩展电路控制模块19与第一微处理器10相应配合，能够使扩展电路输入模块18完成相应的输入功能，达到多种输入的功能和目的。如图2所示为第一滤波模块2的原理图。所述第一滤波模块2包括第一电阻Rl、 第二电阻R2及第三电阻R3，第一电阻Rl与第一二极管Dl的阳极端相连，第二电阻R2与第二二极管D2的阳极端相连，第三电阻R3与第三二极管D3的阳极端相连；第一二极管D1、第二二极管D2及第三二极管D3的阴极端连接成等电位；第二二极管D2的阴极端与第四二极管D4的阳极端、第五二极管D5的阴极端及第四电阻R4相连；第四二极管D4的阴极端与正电源电压VCC相连，第五二极管D5的阳极端与负电源电压VEE相连；第四电阻R4与第二二极管D2阴极端相连的另一端分别与第一电容Cl及第五电阻R5相连，第一电容Cl的另一端与运算放大器A的输出端相连，第五电阻R5的另一端与运算放大器A的同相端及第二电容C2相连，第二电容C2的另一端接地；运算放大器A的反相端通过第七电阻R7与运算放大器A的输出端相连；第七电阻R7对应于与运算放大器A反相端相连的一端通过第六电阻 R6接地；运算放大器A的电源端分别与正电源电压VCC及负电源电压VEE相连。第一电阻 R1、第二电阻R2及第三电阻R3分别与主电路信号检测模块1的输出端相连；第一滤波模块 2为二阶低通滤波电路，在输入中当放大电流时可以导通VEE，输入信号进行二阶低通滤波电路计算选用适当数量值的电阻和电容，将转折频率设定在IOkHz上，对模拟量输出控制在频率10kHz。达到滤波的应用；滤波电路功能的连接位于虚线框内。如图1和图2所示使用时，模拟信号输出模块12与变频器相连，用于向变频器输出多电平PWM信号；高压电压、电流互感器安装在中压大功率电动机的主电路上，并通过另外的高压电流互感器、电压互感器检测变压器的电压、电流，通过温度传感器及温度检测仿真模块8确保变压器输出端频率在IOKHz内。工作时，主电路信号检测模块1检测输出的电压为0 IOV或0 3V，电流为0 20mA的标准信号，通过二阶低通滤波电路(第一滤波模块2)转换将转折频率设定在IOkHz上，然后进行采用线性光耦芯片，线性光耦输出信号随输入信号变化而成比例变化，它为模拟信号传输中隔离电路的简单化、高精度化带来了方便，从第一线性光耦隔离模块输出的士 IOV信号通过第一偏置比例模块4后，变成第一微处理器10所需要的0 3V单极信号，并达到频率在IOkHz的控制范围内；满足信号带宽要求；主电路电流检测模块25检测信号同主电路电压检测模块M。变压器检测主要采用一组进行信号检测，分别检测变压器的电压、温度及电流信号，检测输出信号为0 3V和 20mA的标准信号，并通过第二滤波模块6及第二线性光耦隔离模块7、第二偏置比例模块23 将输出转折频率控制在IOkHz内。在第二微处理器16对串联的PWM中产生的多电平进行控制；并对通讯，反馈信号/状态做处理并与第一微处理器10进行数据交换。在开关量电路上通过微处理器输入和输出信号，主要控制开关的接触器来控制开关的闭合。对扩展电路输出通过数据交换信号输出，并设定地址控制。第一微处理器10与第二微处理器16相对应配合，将上述检测得到的信号与第一微处理器10内设定的信号范围进行比较，根据不同的检测值，输出相应的控制信号；第一微处理器10输出的控制信号通过模拟电路控制模块9及模拟信号输出模块12输出相应的多电平PWM信号，用于通过变频器调节中压大功率电动机的输出转速。 本实用新型通过第一滤波模块2对主电路检测模块1的检测信号进行滤波处理， 并通过第一线性光耦隔离电路3进行隔离，确保主回路与控制回路的有效隔离；第一偏置比例模块4能够将住电流检测模块1的检测信号设定在相应的范围内；第二滤波模块6对变压器信号检测模块5的检测信号进行滤波处理，温度检测仿真模块8能确保变压器输出的频率在设定范围内；第一微处理器10与第二微处理器16间相应配合后，根据相应的检测输入，通过模拟信号输出模块12输出多电平PWM信号，结构紧凑，安装实用方便，抗干扰能力强，控制精度高，稳定性好，安全可靠。
权利要求1.一种中压变频器的控制电路，其特征是包括用于检测主电路电压与电流信号的主电路信号检测模块(1)及用于检测变压器电压及电流信号的变压器信号检测模块(5)，所述主电路信号检测模块(1)的输出端通过第一滤波模块(2)及第一线性光耦合理模块(3) 与第一偏置比例模块(4)的输入端相连，第一偏置比例模块(4)的输出端与用于模数信号转换的模拟电路控制模块(9)相连，模拟电路控制模块(9)与第一微处理器(10)相连；变压器信号检测模块(5)的输出端通过第二滤波模块(6)及第二线性光耦隔离模块(7)与第二偏置比例模块(23 )的输入端相连，第二偏置比例模块(23 )通过模拟电路控制模块(9 )与第一微处理器(10)的输入端相连；模拟电路控制模块(9)的输出端与用于输出多电平PWM信号的模拟信号输出模块(12 )相连。
2.根据权利要求1所述的中压变频器的控制电路，其特征是所述变压器信号检测模块(5 )包括变压器电压检测模块(20 )及变压器电流检测模块(21)。
3.根据权利要求2所述的中压变频器的控制电路，其特征是所述变压器信号检测模块(5 )还包括变压器温度检测模块(22 )，所述变压器温度检测模块(22 )的输出端通过第二滤波模块(6 )及第二线性光耦隔离模块(7 )与温度检测仿真模块(8 )相连，温度检测仿真模块(8 )的输出端通过模拟电路控制模块(9 )与第一微处理器(10 )相连。
4.根据权利要求1所述的中压变频器的控制电路，其特征是所述主电路信号检测模块(1)包括主电路电流检测模块(24 )及主电路电压检测模块(25 )。
5.根据权利要求4所述的中压变频器的控制电路，其特征是所述主电路电流检测模块(24)为电流互感器，主电路电压检测模块(25)为电压互感器。
6.根据权利要求1所述的中压变频器的控制电路，其特征是所述第一微处理器(10) 与第二微处理器(16)相连，第二微处理器(16)通过通讯模块(17)与上位机相连。
7.根据权利要求6所述的中压变频器的控制电路，其特征是所述第一微处理器(10) 为DSP，第二微处理器(16)为FPGA ；所述通讯模块(17)为RS485通讯电路。
8.根据权利要求1所述的中压变频器的控制电路，其特征是所述第一微处理器(10) 的输出端与显示/键盘电路(13)相连，第一微处理器(10)的输入端与JTAG接口(14)相连。
9.根据权利要求1所述的中压变频器的控制电路，其特征是所述模拟电路控制模块 (9)的输入端与模拟信号输入模块(11)相连，第一微处理器(10)与开关量控制模块(15)相连。
10.根据权利要求1所述的中压变频器的控制电路，其特征是所述第一滤波模块(2) 包括第一电阻(R1)、第二电阻(R2)及第三电阻(R3)，第一电阻(Rl)与第一二极管(Dl)的阳极端相连，第二电阻(R2)与第二二极管(D2)的阳极端相连，第三电阻(R3)与第三二极管 (D3)的阳极端相连；第一二极管(D1)、第二二极管(D2)及第三二极管(D3)的阴极端连接成等电位；第二二极管(D2)的阴极端与第四二极管(D4)的阳极端、第五二极管(D5)的阴极端及第四电阻(R4)相连；第四二极管(D4)的阴极端与正电源电压VCC相连，第五二极管(D5) 的阳极端与负电源电压VEE相连；第四电阻(R4)与第二二极管(D2)阴极端相连的另一端分别与第一电容(Cl)及第五电阻(R5)相连，第一电容(Cl)的另一端与运算放大器A的输出端相连，第五电阻(R5)的另一端与运算放大器A的同相端及第二电容(C2)相连，第二电容(C2)的另一端接地；运算放大器A的反相端通过第七电阻(R7)与运算放大器A的输出端相连；第七电阻(R7)对应于与运算放大器A反相端相连的一端通过第六电阻(R6)接地； 运算放大器A的电源端分别与正电源电压VCC及负电源电压VEE相连。
专利摘要本实用新型涉及一种中压变频器的控制电路，其包括主电路信号检测模块及变压器信号检测模块，主电路信号检测模块的输出端通过第二滤波模块及第一线性光耦合理模块与第一偏置比例模块的输入端相连，第一偏置比例模块的输出端与用于模数信号转换的模拟电路控制模块相连，模拟电路控制模块与第一微处理器相连；变压器信号检测模块的输出端通过第二滤波模块及第二线性光耦隔离模块与第二偏置比例模块的输入端相连，第二偏置比例模块通过模拟电路控制模块与第一微处理器的输入端相连；模拟电路控制模块的输出端与用于输出多电平PWM信号的模拟信号输出模块相连。本实用新型结构紧凑，安装实用方便，抗干扰能力强，控制精度高，稳定性好，安全可靠。
文档编号H02M5/00GK201994856SQ201120099118
公开日2011年9月28日 申请日期2011年4月7日 优先权日2011年4月7日
发明者查赛彬, 王正山 申请人:博耳(无锡)电力成套有限公司