一種級聯多相電力驅動器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開一種級聯多相電力驅動器，包括：多相電力變壓器，包括至少一個一次繞組和第一數量的二次繞組，所述一次繞組能夠電力連接到多相交流電源的源；第一數量的功率單元，每個所述第一數量的功率單元具有與所述第一數量的二次繞組中相應的一個二次繞組連接的輸入端，所述第一數量的功率單元中能夠連接到多相交流負載的每條相輸出線路中的多個功率單元串聯連接；主控制器；第一數量的功率單元控制器，所述第一數量的功率單元控制器中的每一個與所述第一數量的功率單元中相應的一個功率單元連接；控制集線器數字連接所述主控制器以及所述第一數量的功率單元控制器中的每一個。本實用新型減少連接到主控制器的復雜度，提高了可靠性。
【專利說明】—種級聯多相電力驅動器
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及多相電力驅動器，特別是一種級聯多相電力驅動器。
【背景技術】
[0002]級聯型多相電力驅動器在工業上用來向交流電動機提供可變電力。這些相同的驅動器可以用在不具體涉及電動機但需要可變輸出電壓或頻率的其他應用中。典型的驅動器具有交流輸入電源和一些類型的轉換裝置，轉換裝置常使用固態器件，用于將固定的交流輸入電壓轉換成可變電壓和/或可變頻率的輸出。
[0003]在現有的級聯多相驅動器中，主控制器通過光纖連接直接連接到功率單元控制器。主控制器通過光纖傳輸操作功率單元控制器的信號。主控制器自身執行大量的控制操作，發送操作信號到功率單元控制器并從功率單元控制器接收控制信息。
[0004]然而，現有技術存在如下缺陷:
[0005]其中一個問題是光纖連接的接線復雜性。當級聯多相驅動器通過增加功率單元以提高電壓輸出時，由于每個功率單元與主控制器之間均由光纖連接，連接到主控制器的多光纖連接的接線接線復雜，會降低驅動器的可靠性。另外，由于主控制器和功率單元控制器分別設置在不同的機箱，因此主控制器和功率單元控制器之間的光纖連接暴露在外部的不友好的環境中，容易導致出現故障或降低使用壽命。
[0006]現有技術的另外一個問題是主控制器的工作負荷。特別是主控制器負責控制驅動器，例如提供輸出電壓基準、監控輔助設備的狀態、為每個功率單元提供載波基準，單獨地訪問每個功率單元控制器。因此主控制器的處理能力相對較高，從而造成較高的花費。
實用新型內容
[0007]基于此，本實用新型的目的是降低連接到主控制器的多條數字連接的接線復雜度，從而提高級聯多相電力驅動器的可靠性。
[0008]根據本實用新型的一個方面，一種級聯多相電力驅動器，其特征在于，包括:
[0009]多相電力變壓器，所述多相電力變壓器包括至少一個一次繞組和第一數量的二次繞組，所述一次繞組能夠電力連接到多相交流電源的源；
[0010]第一數量的功率單元，每個所述第一數量的功率單元具有與所述第一數量的二次繞組中相應的一個二次繞組連接的輸入端，所述第一數量的功率單元中能夠連接到多相交流負載的每條相輸出線路中的多個功率單元串聯連接；
[0011]主控制器；以及
[0012]第一數量的功率單元控制器，所述第一數量的功率單元控制器中的每一個與所述第一數量的功率單元中相應的一個功率單元連接；
[0013]控制集線器，所述控制集線器數字連接所述主控制器以及每個所述第一數量的功率單元控制器中的每一個。
[0014]由于在級聯多相電力驅動器中采用了控制集線器，因此減少了主控制器與功率單元控制器之間的連接，從而減少到主控制器的連接的復雜度，提高了可靠性。
[0015]本實用新型的另一個目的是在級聯多相電力驅動器中使用控制集線器以及具有低處理能力處理器的主控制器。
[0016]根據本實用新型的另一個方面，所述控制集線器采用現場可編程門陣列芯片實現。
[0017]由于控制集線器采用現場可編程門陣列芯片實現，因此所述主控制器進一步將驅動指令發送至所述控制集線器；所述控制集線器進一步基于從所述主控制器接收的驅動指令對所述第一數量的各個功率單元控制器產生功率單元具體指令并且將每個功率單元具體指令發送至所述第一數量的功率單元控制器中相應的一個。因此，控制集線器能執行一些在現有驅動器中需要由主控制器執行的計算功能，從而減輕主控制器的工作負荷。
[0018]優選地，根據本實用新型的另一個方面，所述數字連接為雙向串行。所述控制集線器為光纖連接集線器。因此，狀態信號以及功率單元信號能夠通過控制集線器轉發到主控制器，同時在主控制器、功率單元控制器和功率單元之間可能產生的電磁干擾會被減少。
[0019]優選地，根據本實用新型的另一個方面，所述第一數量的每個功率單元控制器中的每一個設置在所述第一數量的功率單元中相應的一個功率單元上。所述控制集線器采用現場可編程門陣列芯片實現；所述控制集線器還與輔助設備連接。所述控制集線器用于監控所述輔助設備的狀態。從而進一步減輕現有驅動器的工作負荷。
[0020]優選地，根據本實用新型的另一個方面，級聯多相電力驅動器還包括:
[0021]容納所述主控制器的第一機箱；
[0022]容納所述控制集 線器和所述第一數量的功率單元控制器的第二機箱，且第二機箱與所述第一機箱分開設置；
[0023]在所述主控制器與所述控制集線器之間的數字連接被設置為貫通第一機箱和第二機箱。因此，與大量數字連接被暴露在外部相比，本實用新型減少了由于外部不友好環境導致的數字連接錯誤的幾率。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024]圖1示出了每相具有三個功率單元的級聯型多相驅動器的功率電路圖；和
[0025]圖2示出了根據本實用新型實施例的控制系統的實施例。
【具體實施方式】
[0026]下面結合附圖和具體實施例對本實用新型做進一步詳細的說明。
[0027]圖1示出了每相具有三個功率單元的級聯型多相驅動器的功率電路圖。如圖1所示，三相交流電力被輸入到級聯型多相驅動器I的電力變壓器10的一次繞組100。可以是星形連接或網形連接的一次繞組100使三相二次繞組101至109通電。與二次繞組101至109中的每個二次繞組相關的三相電力分別被提供給功率單元110至118。在本實施例中，優選地，提供網形連接的二次繞組101至109，以降低電力變壓器的K因數并改進諧波控制。網形連接的繞組可以包括(例如)△結構或擴展的△結構。在某些情況下，可以對這種網形繞組進行操作，以使一些二次繞組提前預選角度的電相，使其他二次繞組延遲預選角度的電相，并(可能)使其他二次繞組的相位基本不發生移動。在圖1示出的本實施例中，描述了三分之一的二次繞組的相位被提前20 (度)，三分之一的二次繞組的相位被延遲20 (度)。其余三分之一的二次繞組未發生移動。在圖1的實施例中，相移的繞組使用擴展的Λ結構的繞組，沒有相移的繞組使用△結構的繞組。對于其它電壓，所需的各自的相移可以通過按照每相功率單元的數量對60(度)進行劃分獲得。例如,若每相5個功率單元，相移是+24(度)、+12 (度)、0 (度)、_12 (度)和-24 (度)；若每相6個功率單元，相移是+25 (度)、+15(度)、+5 (度)、_5 (度)、_15 (度)和-25 (度)；若每相8個功率單元，相移是+26.25 (度)、+18.75 (度)、+11.25 (度)、+3.75 (度)、-3.75 (度)、_11.25 (度)、-18.75 (度)和-26.25(度);若每相9個功率單元，相移是-26.67 (度)、-20 (度)、-13.33 (度)、_6.67 (度)、0 (度)、+6.67 (度)、+13.33 (度)、+20 (度)、+26.67 (度)。優選地，將多個功率單元連接到每個相位輸出線路120、121、122，相位輸出線路120、121、122可以分別代表相Α、相B和相C。多個功率單元在每個相位輸出線路上可以串聯連接，從而可以生成具有多個低壓功率單元的中壓輸入相位線路控制器。串聯連接還可以使每相有多個電壓狀態；每相的這些多個電壓狀態可以被用來獲得改進的電流波形。每個功率單元可以在內部形成低壓標準，例如，盡管被包含在中壓裝置中，每個功率單元也可以具有1000伏的額定值。
[0028]圖2示出了根據本實用新型實施例的控制系統的實施例。如圖2所示，控制系統2包括主控制器20，多個功率單元控制器210至218，和控制集線器20。功率單元控制器210至218中的每個與功率單元110至118中相應的功率單元連接，用于向其提供對功率單元的具體指令。控制集線器22數字連接主控制器20以及功率單元控制器210至218中的每一個。控制集線器22設有多個I/O端口，信號從任意一個端口輸入將會出現在除原輸入端口以外的所有端口。主控制器20可以設置一個驅動指令，例如輸出電壓基準，并發送到控制集線器22的I/O端口 229，控制集線器22將根據從主控制器20獲取的驅動指令為功率單元控制器210至218分別生成功率單元具體指令。作為一個例子，功率單元具體指令可以包括載波相移基準、直流連接電壓平均值、載波同步基準等。功率單元控制器210至218會參考功率單元具體指令在本地采用PWM方式控制功率單元110至118的通斷。控制集線器22分別發送功 率單元具體指令到指定的功率單元控制器210至218。作為一個例子，分別針對功率單元控制器210至218的功率單元具體指令SO至S8會出現在I/O端口 220至228。由于在級聯多相電力驅動器中采用了控制集線器，因此減少了主控制器與功率單元控制器之間的線路連接，從而減少連接到主控制器的復雜度，提高了可靠性。
[0029]在其中一個實施例中，控制集線器采用現場可編程門陣列(FPGA)芯片實現。則控制集線器可以通過編程實現根據從主控制器獲取的驅動指令生成功率單元具體指令的功能。因此，控制集線器能執行一些在現有驅動器中需要由主控制器執行的計算功能，從而減輕主控制器的工作負荷。進一步的，在其中一個實施例中，控制集線器還與例如風扇或者門的輔助設備24連接，監控所述輔助設備的狀態。這將進一步減輕現有驅動器的工作負荷。
[0030]在其中一個實施例中,數字連接為雙向串行數字連接。因此，狀態信號以及功率單元信號能夠通過控制集線器轉發到主控制器。
[0031]如圖2所示，在其中一個實施例中，級聯型多相驅動器進一步包括了第一機箱230和第二機箱231。第一機箱230可以容納主控制器20，第二機箱231可以容納功率單元控制器210至218，以及控制集線器20。甚至當功率單元控制器210至218分別設置在功率單元110至118上時，第二機箱231還可以同時容納功率單元110至118。第一機箱230與第二機箱231緊鄰設置或分開設置。如圖2所述，第一機箱230與第二機箱231緊貼設置，主控制器與控制集線器之間的數字連接25被設置為穿過第一機箱230和第二機箱231的側壁通孔。作為一個替代方案，級聯型多相驅動器包括第三機箱，作為一個例子，第三機箱可以容納濾波器和/或變壓器。第三機箱設置在第一機箱230和第二機箱231之間。數字連接25的線路被設置依次通過第一機箱230的側壁，第三機箱兩側壁通孔以及第二機箱231的側壁通孔。本領域普通技術人員應該能夠理解在箱體側壁固定線路，以使線路通過通孔的方法。除了主控制器20與控制集線器22之間的數字連接，其余只要是涉及連接主控制器20、功率單元控制器210至218、控制集線器22的數字連接均會容納在第一機箱230或者第二機箱231中。因此，與大量數字連接線路被暴露在外部相比，本實用新型減少了由于外部不友好環境導致的數字連接錯誤的幾率。
[0032]在其中一個實施例中，控制集線器為光纖連接集線器。從而減少在主控制器、功率單元控制器和功率單元之間可能產生的電磁干擾。
[0033]盡管已經根據一些優選的實施例對本實用新型進行了描述，但是，本領域技術人員應當理解這些實施例絕對不應限制本實用新型的范圍。在不背離本實用新型精神和理念的情況下，對實施例做出的任何改變和修改都應在具有普通知識和技術的人員的理解范圍內，從而落入由所附權利要求所限定的本實用新型的范圍內。
【權利要求】
1.一種級聯多相電力驅動器，其特征在于，包括: 多相電力變壓器，所述多相電力變壓器包括至少一個一次繞組和第一數量的二次繞組，所述一次繞組能夠電力連接到多相交流電源的源； 第一數量的功率單元，每個所述第一數量的功率單元具有與所述第一數量的二次繞組中相應的一個二次繞組連接的輸入端，所述第一數量的功率單元中能夠連接到多相交流負載的每條相輸出線路中的多個功率單元串聯連接； 主控制器；以及 第一數量的功率單元控制器，所述第一數量的功率單元控制器中的每一個與所述第一數量的功率單元中相應的一個功率單元連接； 控制集線器，所述控制集線器數字連接所述主控制器以及所述第一數量的功率單元控制器中的每一個。
2.根據權利要求1所述的級聯多相電力驅動器，其特征在于，所述數字連接為雙向串行。
3.根據權利要求1所述的級聯多相電力驅動器，其特征在于，所述控制集線器為光纖連接集線器。
4.根據權利要求1所述的級聯多相電力驅動器，其特征在于，所述第一數量的功率單元控制器中的每一個設置在所述第一數量的功率單元中相應的一個功率單元上。
5.根據權利要求1?4任一項所述的級聯多相電力驅動器，其特征在于: 所述控制集線器采用現場可編程門陣列芯片實現； 所述主控制器進一步將驅動指令發送至所述控制集線器； 所述控制集線器進一步基于從所述主控制器接收的驅動指令對所述第一數量的各個功率單元控制器產生功率單元具體指令并且將每個功率單元具體指令發送至所述第一數量的功率單元控制器中相應的一個。
6.根據權利要求1至4之一所述的級聯多相電力驅動器，其特征在于，所述控制集線器采用現場可編程門陣列芯片實現；并且所述控制集線器還與輔助設備連接。
7.根據權利要求1?3任一項所述的級聯多相電力驅動器，其特征在于，還包括: 容納所述主控制器的第一機箱； 容納所述控制集線器和所述第一數量的功率單元控制器的第二機箱，且第二機箱與所述第一機箱分開設置； 所述主控制器與所述控制集線器之間的數字連接被設置為貫通第一機箱和第二機箱。
【文檔編號】H02P27/16GK203645595SQ201320778248
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2013年12月2日 優先權日:2013年12月2日
【發明者】夸恩·特拉, 德克·貝塞爾 申請人:Abb技術有限公司