一種變流器功率組件在線監測系統的制作方法

本發明涉及監測技術領域，特別是涉及一種變流器功率組件在線監測系統。

背景技術：

目前，變流器功率組件運行在工作狀態或發生故障時，由于無法收集到工作狀態的實時數據或復現故障時刻條件，因而無法準確分析器件的運行狀態或定位故障原因。如果能夠實現變流器功率組件級數據在線監測，即在工作運行時或發生故障時，功率組件能夠保存工作狀態數據或故障時刻的數據和狀態信息，對于分析功率組件的運行性能或故障原因提供便利，也能夠為運行性能改善或實現故障準確定位提供數據支持，從而改善變流器功率組件運行狀況，因此，對提高功率組件可靠性具有非常重要的作用。然而，由于目前功率組件不能實現數據在線監測，不能實現數據無線發送，因此無法及時分析器件的運行狀態或定位故障原因。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種變流器功率組件在線監測系統，以實現對變流器功率組件的實時監測，及時獲取變流器功率組件的運行狀態。

為解決上述技術問題，本發明提供一種變流器功率組件在線監測系統，包括：

電壓傳感器，用于獲取變流器功率組件的電壓信號；

電流傳感器，用于獲取所述變流器功率組件的電流信號；

溫度傳感器，用于獲取所述變流器功率組件的溫度信號；

AD采樣模塊，用于對所述電壓信號、電流信號和溫度信號進行模擬量信號調理和采樣，得到電壓模擬量數據、電流模擬量數據和溫度模擬量數據；

主控芯片，用于將所述電壓模擬量數據、電流模擬量數據和溫度模擬量數據通過以太網發送至以太網控制器；

所述以太網控制器，用于通過PCI接口將所述電壓模擬量數據、電流模擬量數據和溫度模擬量數據傳輸至無線模塊；

所述無線模塊，用于利用天線將所述電壓模擬量數據、電流模擬量數據和溫度模擬量數據發送至PC上位機；

所述PC上位機，用于讀取所述無線模塊的IP地址，接收所述電壓模擬量數據、電流模擬量數據和溫度模擬量數據。

優選的，所述主控芯片還包括靜態隨機存取存儲器SRAM，用于存儲所述電壓模擬量數據、電流模擬量數據和溫度模擬量數據。

優選的，所述無線模塊上設置有所述天線。

優選的，所述主控芯片為FPGA芯片。

優選的，所述PC上位機還用于對所述電壓模擬量數據、電流模擬量數據和溫度模擬量數據進行解析，得到電壓數據波形、電流數據波形和溫度數據波形，并顯示所述電壓數據波形、電流數據波形和溫度數據波形。

優選的，所述變流器功率組件為三相變流器功率組件。

優選的，所述三相變流功率組件包括：IGBT元件，電容和電感。

本發明所提供的一種變流器功率組件在線監測系統，變流器功率組件在線監測系統包括：電壓傳感器；電流傳感器；溫度傳感器；AD采樣模塊；主控芯片，用于將電壓模擬量數據、電流模擬量數據和溫度模擬量數據通過以太網發送至以太網控制器；所述以太網控制器，用于通過PCI接口將所述電壓模擬量數據、電流模擬量數據和溫度模擬量數據傳輸至無線模塊；所述無線模塊，用于利用天線將所述電壓模擬量數據、電流模擬量數據和溫度模擬量數據發送至PC上位機；所述PC上位機，用于讀取所述無線模塊的IP地址，接收所述電壓模擬量數據、電流模擬量數據和溫度模擬量數據。可見，該系統對功率組件的相關模擬信號進行實時采樣記錄，采集的模擬量數據包括電壓模擬量數據、電流模擬量數據、溫度模擬量數據，利用以太網控制器和無線模塊實現以太網通訊及無線數據發送功能，能夠將電壓模擬量數據、電流模擬量數據和溫度模擬量數據發送至PC上位機，PC上位機通過IP接收到功率組件的在線實時數據，該系統對于功率組件進行在線實時傳輸數據，及時將功率組件工作運行時的各項模擬量數據通過無線方式傳回到PC上位機上，改善功率組件安全運行及提升可靠性，并為故障準確定位提供數據支持，所以該系統實現對變流器功率組件的實時監測，及時獲取變流器功率組件的運行狀態，并且能夠為故障準確定位提供數據支持。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據提供的附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發明所提供的一種變流器功率組件在線監測系統的結構示意圖；

圖2為變流器功率組件的監測原理示意圖。

具體實施方式

本發明的核心是提供一種變流器功率組件在線監測系統，以實現對變流器功率組件的實時監測，及時獲取變流器功率組件的運行狀態。

為了使本技術領域的人員更好地理解本發明方案，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。

請參考圖1，圖1為本發明所提供的一種變流器功率組件在線監測系統的結構示意圖，該系統包括：

電壓傳感器11，用于獲取變流器功率組件的電壓信號；

電流傳感器12，用于獲取變流器功率組件的電流信號；

溫度傳感器13，用于獲取變流器功率組件的溫度信號；

AD采樣模塊14，用于對電壓信號、電流信號和溫度信號進行模擬量信號調理和采樣，得到電壓模擬量數據、電流模擬量數據和溫度模擬量數據；

主控芯片15，用于將電壓模擬量數據、電流模擬量數據和溫度模擬量數據通過以太網發送至以太網控制器16；

以太網控制器16，用于通過PCI接口將電壓模擬量數據、電流模擬量數據和溫度模擬量數據傳輸至無線模塊；

無線模塊17，用于利用天線將電壓模擬量數據、電流模擬量數據和溫度模擬量數據發送至PC上位機；

PC上位機18，用于讀取無線模塊的IP地址，接收電壓模擬量數據、電流模擬量數據和溫度模擬量數據。

可見，該系統對功率組件的相關模擬信號進行實時采樣記錄，采集的模擬量數據包括電壓模擬量數據、電流模擬量數據、溫度模擬量數據，利用以太網控制器和無線模塊實現以太網通訊及無線數據發送功能，能夠將電壓模擬量數據、電流模擬量數據和溫度模擬量數據發送至PC上位機，PC上位機通過IP接收到功率組件的在線實時數據，該系統對于功率組件進行在線實時傳輸數據，及時將功率組件工作運行時的各項模擬量數據通過無線方式傳回到PC上位機上，改善功率組件安全運行及提升可靠性，并為故障準確定位提供數據支持，所以該系統實現對變流器功率組件的實時監測，及時獲取變流器功率組件的運行狀態，并且能夠為故障準確定位提供數據支持。

基于上述系統，具體的主控芯片還包括靜態隨機存取存儲器SRAM，用于存儲電壓模擬量數據、電流模擬量數據和溫度模擬量數據。

其中，無線模塊上設置有天線。

進一步的，主控芯片為FPGA芯片。FPGA(Field Programmable Gate Array，現場可編程邏輯陣列)是集成電路領域一種可靈活編程實現專門電路的器件。

其中，電壓模擬量數據、電流模擬量數據和溫度模擬量數據為變流器功率組件工作運行時的模擬量數據。

其中，無線模塊為無線網卡。

進一步的，PC上位機還用于對電壓模擬量數據、電流模擬量數據和溫度模擬量數據進行解析，得到電壓數據波形、電流數據波形和溫度數據波形，并顯示電壓數據波形、電流數據波形和溫度數據波形。

其中，變流器功率組件為三相變流器功率組件。

進一步的，三相變流功率組件包括：IGBT元件，電容和電感。IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，絕緣柵雙極晶體)元件具體為帶阻尼的二極管，能夠作為功率模塊使用。

詳細的，散熱器與變流器功率組件相連，對變流器功率組件進行散熱，采用的散熱方式為水冷方式或風冷方式。

進一步的，所述系統還包括數字信號采樣模塊，用于獲取變流器功率組件的過流信號和過溫信號，將過流信號和過溫信號發送至主控芯片。數字信號采樣模塊與主控芯片相連。其中，過流信號具體為IGBT過流信號，過溫信號具體為TGBT過溫信號。數字信號采集模塊還能采集變流器功率組件的直流過壓信號，直流過壓信號即為變流器功率組件的直流電源過壓信號。其中，過流信號、過溫信號和直流過壓信號為變流器功率組件工作運行時的實時狀態信息，為數字信號。主控芯片將過流信號和過溫信號通過以太網發送至以太網控制器，以太網控制器通過PCI接口將過流信號和過溫信號傳輸至無線模塊，無線模塊利用天線過流信號和過溫信號發送至PC上位機，PC上位機讀取無線模塊的IP地址，接收過流信號和過溫信號，并顯示過流信號和過溫信號，實現對變流器功率組件工作運行時的實時狀態信息的監測。

其中，采用ALTERA的FPGA芯片作為主控芯片，以太網控制器采用FreeScale的MPC5200B，主控芯片得到模擬量數據和實時狀態信息的實時采集數據，通過以太網接口將得到的數據送至無線網卡，無線網卡用天線發送出無線信號，PC上位機通過IP接收到功率組件的在線實時數據。無線網卡選用UBNT的SUPER RANGE無線網卡。PC上位機就是PC機，即個人計算機。

本系統中，對功率組件在線實時監測數據并傳輸數據，及時將功率組件工作運行時的各項模擬量數據和實時狀態信息通過無線方式傳回到PC機上，成為了改善功率組件安全運行及提升可靠性的一個重要措施。本系統的功能有：對功率組件的相關數字信號進行實時采樣記錄，如IGBT過溫信號、過流、直流過壓信號；對功率組件的相關模擬信號進行實時采樣記錄，包括直流電壓、電流、溫度信號；實現以太網通訊及無線數據發送功能。本系統彌補現有功率組件的不能及時獲知功率組件運行各項數據的缺點，本系統具有無線數據在線監測功能，為改善功率組件的性能和提升可靠性提供有效的數據支持。

參考圖2，變流器功率組件為三相變流器功率組件，三相橋變流器功率組件中，S1、S2、S3、S4、S5和S6均為IGBT元件，LH1、LH2和LH3均為電感，散熱器對變流器功率組件進行散熱。詳細的，變流器功率組件在線監測系統作為變流器功率組件的控制部分，控制部分還包括了柵極驅動、電源和接口電路，控制部分主要完成信號采樣調理、控制邏輯電路、接口電路。功率組件在線監測主要由電壓傳感器、電流傳感器、溫度傳感器、AD采樣模塊、主控芯片、以太網控制器、無線模塊和PC上位機這些部分完成。

具體的，主控芯片采用FPGA處理器，實現模擬量數據采集、脈沖信號分配、以太網數據通信和無線發送等功能。因此需要配置一個以太網控制器，將數據通過無線方式發送到PC機，在PC機上對數據進行分析和研究。

AD采樣模塊完成模擬量信號調理及采樣功能，采集功率組件6路IGBT元件的溫度信號、直流電壓、電流信號，通過信號調理電路進入AD芯片，主控芯片讀取AD轉換后數據放到主控芯片中的SRAM中。

主控芯片采用FGPA芯片，FPGA讀取AD數據后，把數據放到主控芯片內部的SRAM中，把采集的模擬量信號數據從SRAM轉到以太網控制器中，以太網控制器可選用FreeScale的MPC5200B。

主控芯片通過以太網將數據傳送到以太網控制器。以太網控制器通過PCI接口將數據傳送到無線模塊，然后通過無線模塊上的天線發送出去。再通過上位機PC中的解析軟件解析數據，還原各項數據波形。其中，通過PC上位機讀取無線模塊的IP地址，接收無線數據，并在上位機上實時查看各項數據波形。

本系統實現對變流器功率采集到的數據以無線數據傳送，FPGA芯片實現無線數據通過以太網通訊傳輸。功率組件是變流器主要組成部分，變流器的功率組件工作運行時的器件實時數據，尤其是IGBT各項參數，對于分析和研究IGBT及改善IGBT性能有很重要的作用，同時，及時分析和研究功率組件各項數據，對于改善功率組件性能和提升可靠性也有非常重要的作用。另外，對于功率組件級故障及診斷，通過大數據分析就能更好找到故障發生時刻的問題點，從而及時排除故障。

以上對本發明所提供的一種變流器功率組件在線監測系統進行了詳細介紹。本文中應用了具體個例對本發明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發明的方法及其核心思想。應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以對本發明進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本發明權利要求的保護范圍內。