一种通过隔离信号链路采样的变频器的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及电气设备领域，具体而言，涉及一种通过隔离信号链路采样的变频器。该通过隔离信号链路采样的变频器，包括主控制器和传感器，所述传感器通过光缆与主控制器连接。本实用新型提供的该通过隔离信号链路采样的变频器，与现有技术中的变频器中，传感器在采集到所需要检测的信号之后，通过长距离的屏蔽线缆将采集到的信号传输给含有采样电路的主控制器中，导致采集到的信号在屏蔽电缆中进行传输的时候受到了外界干扰的影响相比，其通过使用光缆来连接位于变频器内部的传感器和主控制器，由于光纤具有优秀的抗干扰性能，使得变频器内部的传感器所采集到的信号在传输时难以受到外界干扰的影响，从而解决了现有技术中的不足。
【专利说明】一种通过隔离信号链路采样的变频器
【技术领域】
[0001]本发明涉及电气设备领域，具体而言，涉及一种通过隔离信号链路采样的变频器。
【背景技术】
[0002]变频器(Variable-frequency Drive，VFD)是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。变频器主要由整流(交流变直流)、滤波、逆变(直流变交流)、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。作为一种基本的电器设备，已经得到了较为广泛的应用。
[0003]变频器(包括逆变器)分为电压源型和电流源型两类，其中电压源型按照每相能够输出的电平数量，分为2电平、3电平、5电平以及更多电平等，其中超过2电平的变频器统称为多电平变频器，输出电压超过lkV的称为高压变频器。
[0004]在单个电力电子器件耐电压水平受限的情况下，更多的电平意味着更高的电压输出能力，以及输出电压具有更好的波形，更低的谐波，这也是电平数量增加的主要意义。
[0005]电压源型多电平变频器分为共直流母线结构和变压器隔离结构两类，前者的每个输出相共用直流母线，结构较为简洁，但需要较为先进的电路拓扑才能够产生较多电平的输出；后者由变压器的相互隔离的绕组提供相互隔离的电源，然后通过不同绕组对应的逆变电路间的电压叠加实现多电平输出，这种变频器由于使用的电力电子器件的耐压水平要求较低，因此整机成本较低，目前市场上绝大多数高压变频器采用此结构，此类型的变频器如图1中所示，主要包括整流变压器、功率单元两部分。
[0006]对于这类高压变频器，功率单元数量较多(10kV变频器功率单元数目多达24个以上)，体积较大，有的长达10?20米，而且由于电力电子器件的连续高速动作，柜内电磁辐射很强。受到柜内空间和绝缘设计等约束条件影响，很多电压、电流传感器需要安装在上述强电磁辐射的柜内，通过较长的引线接入控制系统。试验表明，变频器需要测量的电压、电流信号即使采用屏蔽线传输，仍有较多的高频噪声，对变频器的控制与保护造成干扰。
[0007]对于高压变频器来说，进行高精度控制的必要条件是采集的各反馈信号必须准确、快速，且噪声较小。收到干扰的信号引入变频器的控制系统，将对变频器的高精度高性能控制构成显著的影响。
[0008]相关技术中的变频器，将电压、电流传感器的信号，通过屏蔽电缆，直接送至变频器控制系统的采样板进行采样。屏蔽电缆一般会经过具有高电磁噪声环境的变频器柜内部，且距离较远，有的系统长达10米以上。信号经过高电磁噪声的环境进行传输后，混入了大量的噪声。这些噪声会对变频器的控制和保护造成不利影响。如图2所示，高压变频器分为三个部分，变压器柜、功率单元柜和控制柜，分别位于变压器柜和功率单元柜的两个传感器需要通过屏蔽电缆与位于控制柜中的主控制器电连接，实际上也就是与主控制器中的采样电路电连接，使采样电路能够获取其他两个柜中的采样信号。但，实际使用中，分别位于变压器柜和功率单元柜中的传感器与主控制器进行信号传输的电缆经常在10米以上，信号在传输的过程中极易受到干扰。
[0009]综上，相关技术中的变频器，在内部进行信号传输的时候，由于信号传输线过长，信号在传输过程中容易受到干扰。
【发明内容】
[0010]本发明的目的在于提供一种通过隔离信号链路采样的变频器，以解决上述的问题。
[0011]在本发明的实施例中提供了一种通过隔离信号链路采样的变频器，其特征在于，包括主控制器和传感器，传感器通过光缆与主控制器连接。
[0012]优选的，所述传感器由电信号传感器和与之电连接的信号采样板组成，所述信号采样板与所述电信号传感器输出端连接，且用于对所述电信号传感器输出的电信号进行处理和采样，并通过光缆与所述主控制器连接。
[0013]优选的，传感器包括位于变压器柜内的第一传感器和位于功率单元柜内的第二传感器；
[0014]第一传感器通过光缆与主控制器连接，和/或第二传感器通过光缆与主控制器连接。
[0015]优选的，所述传感器还包括:位于变压器柜内的第一信号采样板和位于功率单元柜内的第二信号采样板；
[0016]第一信号采样板与第一传感器通过光缆，和/或屏蔽电缆连接，第一信号采样板通过光缆与主控制器连接；
[0017]第二信号采样板与第二传感器通过光缆，和/或屏蔽电缆连接，第二信号采样板通过光缆与主控制器连接。
[0018]优选的，第一传感器与第一信号采样板紧贴设置，和/或第二传感器与第二信号采样板紧贴设置。
[0019]优选的，光缆为62.5/125 μ m玻璃光纤。
[0020]优选的，屏蔽电缆为2X0.5 mm2-4X0.5 mm2屏蔽铜绞线电缆。
[0021]本发明实施例提供的一种通过隔离信号链路采样的变频器，与现有技术中的变频器中，传感器在采集到所需要检测的信号之后，通过长距离的屏蔽线缆将采集到的信号传输给含有采样电路的主控制器中，导致采集到的信号在屏蔽电缆中进行传输的时候受到了外界干扰的影响相比，其通过使用光缆来连接位于变频器内部的传感器和主控制器，由于光纤具有优秀的抗干扰性能，使得变频器内部的传感器所采集到的信号在传输时难以受到外界干扰的影响，从而解决了现有技术中的不足。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1示出了相关技术中变频器的整体内部结构关系图；
[0023]图2示出了相关技术中变频器的内部结构位置示意图；
[0024]图3示出了本实用新型实施例的一种通过隔离信号链路采样的变频器内部结构基本位置关系图；
[0025]图4示出了本实用新型实施例的一种通过隔离信号链路采样的变频器内部结构的一种优化位置关系图；
[0026]图5示出了本实用新型实施例的一种通过隔离信号链路采样的变频器内部结构的另一种优化位置关系图。
【具体实施方式】
[0027]下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。
[0028]本实用新型实施例1提供了一种通过隔离信号链路采样的变频器，如图3所示，包括主控制器和传感器，传感器通过光缆与主控制器电连接。传感器是位于变频器内部的，并且传感器通常设置于靠近信号源的位置，以提高传感器获取到信号的质量。由于传感器与主控制器通过光缆连接，因而提高了信号在光缆内部的抗干扰的性能。
[0029]进一步，所述传感器由电信号传感器和与之电连接的信号采样板组成，所述信号采样板与所述电信号传感器输出端连接，且用于对所述电信号传感器输出的电信号进行处理和采样，并通过光缆与所述主控制器连接。也就是电信号传感器用于采集信号，并通过其输出端将电信号发送给信号采样板，信号采样板在采集信号之后，将数字信号通过光缆传送给主控制器。
[0030]进一步，如图4所示，传感器包括:位于变压器柜内的第一传感器和位于功率单元柜内的第二传感器；
[0031]第一传感器通过光缆与主控制器连接，和/或第二传感器通过光缆与主控制器连接。
[0032]如图2所示，变压器柜和功率单元柜中的传感器通常是多个，多个传感器所检测信号的种类也可能是不同的，在柜内的位置分布也是有差别的，每个传感器均通过屏蔽电缆与位于控制柜中的主控制器进行连接，将采集到的信号发送给主控制柜器中的采样电路，主控制器中的控制芯片根据采集到的信号来实现对变频器中其他结构的控制。但位于变压器柜和功率单元柜中的传感器与主控制器中的采样电路连接时，通常不能以直线的方式进行，其原因是考虑到线路排布和线路走向的问题，直线连接不安全、容易造成混乱和对各个柜中的其他期间带来影响，因此，各个传感器需要与采样电路按照既定的走线方式来连接，这种既定的走线方式通常是沿着各个柜的边沿排线的，也就造成了用于传输传感器所采集到的信号的屏蔽电缆的线路过长，在信号经过较长的传输线缆进行传输的时候，即便屏蔽电缆能够起到一定的信号屏蔽作用，也会对传输的信号造成大量的干扰，同时主控制器的控制芯片要依赖于各个传感器所采集到的信号进行反馈控制，一旦控制芯片所接收到的信号便是受到严重干扰的信号时，控制芯片所作出的反馈控制也必然是极不准确的，也就是控制精度会大大降低。
[0033]虽然可以通过预估的方式来判断干扰信号的幅值，但干扰信号的幅值通常是个变化的量，而不是常量，因此，预估的方法也无法解决变频器中信号干扰对控制造成影响的问题。
[0034]由此，可以利用光线材质的特点，使用光缆来连接各个柜中的传感器和主控制器，光纤的基本成分是石英，只传光，不导电，不受电磁场的作用，在其中传输的光信号不受电磁场的影响，故光纤传输对电磁干扰、工业干扰有很强的抵御能力。也正因为如此，在光纤中传输的信号不易被窃听，因而利于保密。需要说明的是，本专利所说的连接，或电连接的形式均包括直接电路连接、光纤信号连接、经复杂信号链路连接、以及经芯片逻辑处理的信号链路连接等。
[0035]本实用新型所提供的一种通过隔离信号链路采样的变频器不需要改变各个柜之间的架构，而是使用光纤作为传感器与主控制器连接线，从而使控制器所接收到的信号中的干扰很小。
[0036]进一步，为了提高主控制器所采集到的信号质量，如图5所示，本实用新型所提供的变频器中，传感器还包括:位于变压器柜内的第一信号采样板和位于功率单元柜内的第二信号米样板；
[0037]第一信号采样板与第一传感器通过光缆，和/或屏蔽电缆连接，第一信号采样板通过光缆与主控制器连接；
[0038]第二信号采样板与第二传感器通过光缆，和/或屏蔽电缆连接，第二信号采样板通过光缆与主控制器连接。
[0039]相比于模拟信号，数字信号在使用相同的介质，传播预定的距离，受到的干扰相对较小，因此，可以将各个传感器所采集到的模拟信号通过对应的信号采样板采样为离散的数字信号，再将采集后的数字信号通过光缆传输给主控制器，以使主控制器进行相应的控制。
[0040]当然，为了尽量降低传感器与对应的信号采样板之间在传输模拟信号时，给信号所带来的干扰，第一传感器与第一信号采样板紧贴设置，和/或第二传感器与第二信号采样板紧贴设置。
[0041]位于变压器柜和功率单元柜中的变压器数量可能是较多的，如可以为同一个柜中的每个传感器均配置一个与该传感器所对应的信号采样板，这样每个信号采样板能够与传感器紧贴设置，以减少传感器-信号采样板的信号干扰，再由每个信号采样板通过光缆与主控制器进行连接，以传输数字信号。还可以是同一个柜中的传感器公用一个信号采样板，这样能够提高信号采样板的集成化，简化内部布局，节省空间。具体使用哪种传感器与信号采样板的配置关系，可以根据具体的使用情况而定。
[0042]具体的，光缆为62.5/125 μ m玻璃光纤；屏蔽电缆为2X0.5mm2-4X0.5mm2屏蔽铜绞线电缆。优选的，屏蔽电缆一般为3X0.5 mm2屏蔽铜绞线电缆。
[0043]本发明实施例提供的变频器，通过使用光缆来连接位于变压器柜内的第一传感器和主控制器，和/或使用光缆来连接位于功率单元柜内的第二传感器和主控制器，由于光纤具有优秀的抗干扰性能，采用本实用新型所提供的拓扑结构，由于充分地利用了光纤的抗干扰特性，将绝大多数的信号传输距离由光纤实现，显著地降低了易受干扰的电信号传输的距离，因此能够显著地提高采样信噪比，进而提高系统的控制性能，并且还通过将信号采集板贴近设置在对应的传感器旁，使得传感器所发出的模拟信号能够先转换为数字信号，再使用光缆将数字信号传输给主控制器，进一步降低了采集到的信号，在传输时受到干扰的问题，从而更好的解决了现有技术中的不足。
[0044]以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种通过隔离信号链路采样的变频器，其特征在于，包括主控制器和传感器，所述传感器通过光缆与主控制器连接。
2.根据权利要求1所述的一种通过隔离信号链路采样的变频器，其特征在于，所述传感器由电信号传感器和与之电连接的信号采样板组成，所述信号采样板与所述电信号传感器输出端连接，且用于对所述电信号传感器输出的电信号进行处理和采样，并通过光缆与所述主控制器连接。
3.根据权利要求2所述的一种通过隔离信号链路采样的变频器，其特征在于，所述传感器包括:位于所述变频器的变压器柜内的第一传感器和位于所述变频器的功率单元柜内的第二传感器； 所述第一传感器通过光缆与所述主控制器连接，和/或所述第二传感器通过光缆与所述主控制器连接。
4.根据权利要求3所述的一种通过隔离信号链路采样的变频器，其特征在于，所述传感器还包括:位于所述变压器柜内的第一信号采样板和位于所述功率单元柜内的第二信号米样板； 所述第一信号采样板与所述第一传感器通过光缆，和/或屏蔽电缆连接，所述第一信号采样板通过光缆与所述主控制器连接； 所述第二信号采样板与所述第二传感器通过光缆，和丨或屏蔽电缆连接，所述第二信号采样板通过光缆与所述主控制器连接。
5.根据权利要求3所述的一种通过隔离信号链路采样的变频器，其特征在于，所述第一传感器与所述第一信号采样板紧贴设置，和/或所述第二传感器与所述第二信号采样板紧贴设置。
6.根据权利要求1所述的一种通过隔离信号链路采样的变频器，其特征在于，所述光缆为62.5/125 VIII玻璃光纤。
【文档编号】H02M1/00GK204205915SQ201420618647
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年10月23日 优先权日:2014年10月23日
【发明者】马永健 申请人:北京合力电气传动控制技术有限责任公司