一种高压变频器的主控制器测试装置及电子设备的制作方法

本实用新型涉及电力电子技术领域，具体涉及一种高压变频器的主控制器测试装置及电子设备。

背景技术：

现有高压变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换成频率、电压可调的电源的控制装置。现有高压变频器一般由移相整流变压器、逆变部分、控制部分组成。逆变部分即功率单元柜，由若干个串联的功率单元组成，形成三相输出，直接输出到电机。控制部分用于实现正弦波脉宽调制(Sinusoidal pulse width modulation简称SPWM)算法的控制，驱动开关元件动作。

高压变频器负载设备为高压电机，工业生产中对其工作连续性和稳定性要求很高，所以高压变频器控制部分逻辑复杂，控制器软硬件稳定性要严格把握。为此，各高压变频器生产厂家都有一套严格的控制器测试、检验装置和流程。

现有技术中采用220V开关电源和逆变器件组成的小型功率单元，三相输出共计30个功率单元模块作为测试工装，单个功率单元输出电压为40V左右，级连最高输出线电压为400V。

因此，在发明人设计所述高压变频器的主控制器测试过程中，发现现有技术中至少存在如下技术问题：

现有技术中主控制器测试工装体积大，成本高，且操作复杂，安全系数低。

技术实现要素：

本实用新型提供了一种高压变频器的主控制器测试装置及电子设备，以解决现有技术中逆变部分的测试工装体积大，成本高，且操作负责，安全系数低的问题。

根据本实用新型的一个方面，提供了一种高压变频器的主控制器测试装置，该装置包括：光纤接收模块、信息处理模块、硬件波形产生模块和光纤发送模块；

所述光纤接收模块，用于接收待测高压变频器的主控制器发送的正弦波脉宽调制参数，并转发给所述信息处理模块；

所述信息处理模块，用于根据所述光纤接收模块接收的正弦波脉宽调制参数，生成所述待测高压变频器中各个功率单元的波形信号，并输出给所述硬件波形产生模块；以及接收配置信号，根据所述配置信号，触发和复位功率单元的故障，通过所述光纤发送模块送入所述待测高压变频器的主控制器；

所述硬件波形产生模块，用于接收信息处理模块输出的所述待测高压变频器中各个功率单元的波形信号，输出正弦波脉宽调制波形信号。

根据本实用新型的另一个方面，提供了一种电子设备，该电子设备包括：如上所述的高压变频器的主控制器测试装置。

本实用新型的有益效果是：通过所述光纤接收模块，用于接收待测高压变频器的主控制器发送的正弦波脉宽调制参数，并转发给所述信息处理模块；所述信息处理模块，用于根据所述光纤接收模块接收的正弦波脉宽调制参数，生成所述待测高压变频器中各个功率单元的波形信号，并输出给所述硬件波形产生模块；以及接收配置信号，根据所述配置信号，触发和复位功率单元的故障，通过所述光纤发送模块送入所述待测高压变频器的主控制器；所述硬件波形产生模块，用于接收信息处理模块输出的所述待测高压变频器中各个功率单元的波形信号，输出正弦波脉宽调制波形信号，实现了高压变频器的主控制器的测试；采用本实用新型技术方案不但简化了主控制器测试工装复杂度，降低测试成本及缩小了测试工装体积，还提高了测试安全性。

附图说明

图1是本实用新型一个实施例的一种高压变频器的主控制器测试装置的结构示意图；

图2是本实用新型另一个实施例的一种高压变频器的主控制器测试装置实现原理图；

图3是本实用新型另一个实施例的一种高压变频器的主控制器测试装置中硬件波形产生模块减法电路图；

图4是本实用新型另一个实施例的一种高压变频器的主控制器测试装置中硬件波形产生模块加法电路图。

具体实施方式

本实用新型技术方案是通过模拟高压变频器功率单元，实现高压变频器的主控制器的测试。其中，所述高压变频器的工作原理如下：

所述高压变频器由主控制器、移相变压器和若干个功率单元组成，根据所述高压变频器级数不同，功率单元个数也不同；例如：所述高压变频器为5级，则高压变频器的三相A/B/C输入需要共15个功率单元；所述高压变频器为6级，则高压变频器的三相A/B/C输入需要共18个功率单元；所述高压变频器为8级，则高压变频器的三相A/B/C输入需要共24个功率单元；所述高压变频器为10级，则高压变频器的三相A/B/C输入需要共30个功率单元；每个功率单元通过光纤与主控制器通信，主控制器发送给每个功率单元的绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate BipolarTransistor，简称IGBT)左右桥臂通断指令，单个功率单元输出波形为SPWM波，同相功率单元级联后输出正弦阶梯波，所述功率单元的故障信号也通过光纤反馈至主控制器。

本实用新型设计的高压变频器的主控制器测试装置，可以用来模拟30个功率单元，即A相的10个功率单元A1-A10、B相的10个功率单元B1-B10、C相的10个功率单元C1-C10完成对主控制器的测试工作。该高压变频器的主控制器测试装置上有一块FPGA芯片和一些外围电路，现场可编程门阵列(Field-Programmable GateArray，简称FPGA)芯片是控制核心，通过光纤接收模块接收主控制器发出的波形信号，转换至自身I/O输出控制每个功率单元IGBT左右桥臂开关信号。

实施例一

图1是本实用新型一个实施例的一种高压变频器的主控制器测试装置的结构示意图，参见图1，该装置包括：光纤接收模块101，信息处理模块102，硬件波形产生模块103和光纤发送模块104；

所述光纤接收模块101，用于接收待测高压变频器的主控制器发送的正弦波脉宽调制参数，并转发给所述信息处理模块102；

所述信息处理模块102，用于根据所述光纤接收模块101接收的正弦波脉宽调制参数，生成所述待测高压变频器中各个功率单元的波形信号，并输出给所述硬件波形产生模块103；以及接收配置信号，根据所述配置信号，触发和复位功率单元的故障，通过所述光纤发送模块104送入所述待测高压变频器的主控制器；

所述硬件波形产生模块103，用于接收信息处理模块输出的所述待测高压变频器中各个功率单元的波形信号，输出正弦波脉宽调制波形信号。

需要说明的是，所述信息处理模块可以采用现场可编程门阵列芯片实现。

所述硬件波形产生模块包括：至少一路减法电路和三个加法电路；

所述减法电路如图3所示，所述减法电路的输入为所述现场可编程门阵列芯片输出的单个功率单元的开关管左右桥臂波形信号，所述减法电路的输出为所述单个功率单元的正弦波脉宽调制波，即三种电平-1.2V/0V/+1.2V；图3中，一路减法电路的输出U_AOUT1，经计算U_Aout1＝12/33*(U_AL1-U_AR1)。

所述加法电路如图4所示，所述加法电路的输入为至少一路同相的所述减法电路的输出相加；所述加法电路输出波形为所述高压变频器整机输出；即所述加法电路的输出为同一相上的所有功率单元级联后输出的阶梯波形。

图4中，所述高压变频器一相输出UAout，经计算UAout＝UAout1+UAout2+…+UAout10。

需要说明的是，如图3的减法电路和如图4的加法电路在硬件设计上根据被测主控制器的级数和功率单元的个数确定；例如：当被测主控制器为5级时，所述拨码开关设置为5，所述FPGA芯片输出只有A1-A5、B1-B5、C1-C5的波形信号，需要15个如图3所示的减法电路；当被测主控制器为10级时，所述拨码开关设置为10，所述FPGA芯片输出只有A1-A10、B1-B10、C1-C10的波形信号，需要30个如图3所示的减法电路。

由于所述加法电路输出波形为所述高压变频器整机输出；而所述高压变频器整机输出为三相输出，即A、B、C相输出，则需要3个加法电路；例如：当被测主控制器为10级时，则每个加法电路的输入端接收所述减法电路的10个输出波形信号；即A相输出端对应的加法电路输入端接收A1-A10输出波形信号；B相输出端对应的加法电路输入端接收B1-B10输出波形信号；C相输出端对应的加法电路输入端接收C1-C10输出波形信号。

实施例二

设本实用新型中在低压输入(±15V、5V)、低压输出(±12V)下完成高压变频器主控制器的软/硬件调试。基于以上实施例，图2是本实用新型另一个实施例的一种高压变频器的主控制器测试装置，参见图2，该装置还包括：光纤接收模块、信息处理模块、硬件波形产生模块和光纤发送模块；其中，所述信息处理模块包括：脉冲波形产生子模块，故障检测及处理子模块，设置子模块。

所述脉冲波形产生子模块，用于根据所述光纤接收模块接收的正弦波脉宽调制参数，生成所述待测高压变频器的各个功率单元的波形信号，并输出；所述故障检测及处理子模块，用于接收配置信号，根据所述配置信号，触发和复位功率单元的故障，通过所述光纤发送模块送入所述待测高压变频器的主控制器；所述设置子模块，用于接收设置信号，根据所述设置信号进行功率单元故障设置、功率单元直流母线功率单元级数设置和功率单元直流母线电压设置。

需要说明的是，该装置还包括：按键开关和拨码开关；

所述按键开关，用于设置所述功率单元故障和所述功率单元级数；

所述拨码开关，用于设置所述功率单元直流母线电压。

还需要说明是，该装置还包括：显示模块和驱动模块；

所述显示模块，用于显示当前设置的所述功率单元直流母线电压；所述显示模块采用共阴数码管；

所述驱动模块，用于驱动所述显示模块工作；所述驱动模块采用共阴数码管驱动模块。

该测试装置最主要的功能是模拟高压变频器的功率单元输出SPWM波。测试装置通过光纤与被测主控制器通信，接收主控发出的单元左右桥臂开关信号，送入脉冲波形产生子模块，通过计算控制芯片I/O口动作，驱动硬件电路产生波形。

所述脉冲波形产生子模块通过运算放大器LM324搭建出的减法电路实现30个单元波形的输出；通过LM324搭建出的加法电路可实现10级单元级联后的输出波形。

30个功率单元波形输出功能：通过FPGA输出的3.3V开关信号送入LM324搭建的减法电路中，模拟实际功率器件IGBT动作，LM324输出为+1.2V、0V、-1.2V的SPWM信号，从而实现每个单元的波形输出。

功率单元级联A/B/C三相输出波形：一相10个单元的输出波形送入由LM324搭建的加法电路中，叠加后为±12V的阶梯波，从而实现每一相单元的波形输出。

按键开关通过6个按键设置功率单元的6种故障，通过4个按键设置单元的直流母线电压。控制方式为与控制芯片FPGA的I/O口直连。

所述功率单元故障，分别为过压、欠压、缺相、驱动、通信、过热。

所述直流母线电压按键分别为设置、上升、下降、确认。

通过3个数码管显示直流母线电压的设置值；控制方式为FPGA的I/O口输出直接控制，数码管采用共阴极连接。

所述FPGA的I/O口通过非门74HC14增强驱动能力后驱动共阴数码管，数码管显示值为实际直流母线电压值。

通过4位拨码开关实现变频器级数1-10的设置。

该测试装置与被测主控制器通过30对光纤实现信号的收发。需要说明的是，所述30对光纤也根据所述变频器级数确定。

光纤接收模块的接收信号功能：主控制器通过光纤传过来的信号，由该低压电路上光纤座2521接收送入非门74HC14，再经过74LVX4245将5V信号转换成3.3V信号送入FPGA。

光纤发送模块发送信号功能：FPGA发出的信号，经过74LVX4245将3.3V信号转换成5V信号，再经过非门74HC1传送至光纤座1521，由光纤送入主控制器。

实施例三

本实用新型一个实施例的一种电子设备，该电子设备包括：如上所述高压变频器的主控制器测试装置。

该装置具体信号流向及原理与上述实施例一和实施例二相同，此处不再赘述。

本实用新型的有益效果是：通过所述光纤接收模块，用于接收待测高压变频器的主控制器发送的正弦波脉宽调制参数，并转发给所述信息处理模块；所述信息处理模块，用于根据所述光纤接收模块接收的正弦波脉宽调制参数，生成所述待测高压变频器中各个功率单元的波形信号，并输出给所述硬件波形产生模块；以及接收配置信号，根据所述配置信号，触发和复位功率单元的故障，通过所述光纤发送模块送入所述待测高压变频器的主控制器；所述硬件波形产生模块，用于接收信息处理模块输出的所述待测高压变频器中各个功率单元的波形信号，输出正弦波脉宽调制波形信号，实现了高压变频器的主控制器的测试；采用本实用新型技术方案不但简化了主控制器测试工装测试复杂度，降低测试成本及缩小了测试工装体积，还提高了测试安全性。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本实用新型的保护范围内。