[發(fā)明專利]用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)的三相七電平逆變器

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611123883.0
• 申請(qǐng)日: 2016-12-08
• 公開（公告）號(hào): CN106655847A
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱明;陳招華;孫懷海;王攀
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 杭州恒瑞教學(xué)設(shè)備有限公司
• 主分類號(hào): H02M7/483
• 分類號(hào): H02M7/483;G09B23/18
• 代理公司: 北京商專永信知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)11400
• 代理人: 邢若蘭,高之波

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及逆變器領(lǐng)域，特別涉及一種用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)的三相七電平逆變器。

背景技術(shù)

多電平逆變器技術(shù)是一種通過改進(jìn)逆變器自身拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)高壓大功率輸出的新型逆變器，其主要優(yōu)點(diǎn)包括：輸出電壓呈現(xiàn)臺(tái)階式波形，輸出諧波及dv/dt小；單個(gè)器件耐壓低；適用于高壓場(chǎng)合等。按照拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不同，大致可以分為二極管鉗位多電平、飛跨電容多電平、級(jí)聯(lián)型多電平以及混合式多電平。

由于級(jí)聯(lián)型多電平逆變器是以普通的單相H橋逆變器為基本單元，每個(gè)單元都獨(dú)立供電，電氣特性可靠，是產(chǎn)品級(jí)多電平逆變器的首選拓?fù)洹?/p>

在工業(yè)大功率應(yīng)用時(shí)，為保證輸入側(cè)的功率因素與諧波滿足電網(wǎng)要求，通常使用移相變壓器為單個(gè)基本單元提供獨(dú)立的電源。但是這類產(chǎn)品，在普通的教學(xué)、演示等小功率應(yīng)用情形時(shí)，價(jià)格就會(huì)顯示比較昂貴，成本較高。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，圍繞教儀設(shè)備要求價(jià)格便宜、性能可靠、適合演示等特點(diǎn)，提供了一種主要用于教學(xué)演示設(shè)備的用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)的三相七電平逆變器，其包括處理器單元、編程單元、供電單元和采樣單元；

處理器單元為數(shù)字信號(hào)處理器(DSP，DigitalSignalProcessor)；

編程單元包括現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列和燒錄器，可編程門陣列與數(shù)字信號(hào)處理器相連通，燒錄器與可編程門陣列相連通；

供電單元包括隔離變壓器和功率單元，隔離變壓器包括一路輸入電壓和三路輸出電壓，隔離變壓器和功率單元均與現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列相連通；

采樣單元包括電壓采樣單元和電流采樣單元，電壓采樣單元和電流采樣單元均與處理器單元相連通。

其有益效果是，處理器單元主要用于完成V/F或矢量電機(jī)控制算法。V/F控制主要包括V/F曲線生成，低頻轉(zhuǎn)矩提升以及SPWM調(diào)制等；矢量控制主要包括ID、IQ電流閉環(huán)控制、基于編碼器位置、速度反饋的位置、速度閉環(huán)控制以及CLARK和PARK變換(逆變換)等算法。

同時(shí)，由于級(jí)聯(lián)型七電平中，每個(gè)基本單元共有4個(gè)功率管，三相共需要36個(gè)功率管。考慮到每個(gè)橋臂的上下管驅(qū)動(dòng)互補(bǔ)。系統(tǒng)至少要輸出18路驅(qū)動(dòng)。所以，需要使用可編程門陣列來擴(kuò)展輸出。實(shí)時(shí)在線仿真器用于對(duì)數(shù)字信號(hào)處理器進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真，燒錄器用于對(duì)可編程門陣列進(jìn)行編程。

在一些實(shí)施方式中，功率單元包括整流電路、直流母線濾波電路、直流母線充電電路、H橋逆變電路、H橋驅(qū)動(dòng)電路、輔助開關(guān)電源和故障檢測(cè)電路。

其有益效果是，整流電路用于連接隔離變壓器，采用單相橋式整流提供直流母線電壓。直流母線濾波電路用于平滑整流電壓。直流母線充電電路用于通電時(shí)限制對(duì)母線電容充電電流，避免對(duì)變壓器的電流沖擊，一般采用限流電阻加旁路繼電器的方式，因?yàn)楸痉桨傅哪妇€電壓較低，為降低低成本也可以使用NTC功率電阻代替。H橋逆變電路，用于將直流電逆變成交流電。H橋驅(qū)動(dòng)電路用于接收由可編程門陣列輸出的PWM信號(hào)。輔助開關(guān)電源用于控制整個(gè)功率單元的電源。故障檢測(cè)電路用于組成橋臂直通保護(hù)，直流母線欠壓保護(hù)，散熱器超溫保護(hù)等。

在一些實(shí)施方式中，電壓采樣單元為高速線性光耦。其有益效果是，高速線性光耦的電流傳輸特性曲線接近直線，并且小信號(hào)時(shí)性能較好，能以線性特性進(jìn)行隔離控制，同時(shí)相對(duì)于傳統(tǒng)的霍爾電壓傳感器，價(jià)格更便宜，成本更低。

在一些實(shí)施方式中，電流采樣單元為兩路開環(huán)霍爾電流傳感器。其有益效果是，霍爾電流傳感器的響應(yīng)時(shí)間快、低溫漂、精度高、體積小、頻帶寬、抗干擾能力強(qiáng)、過載能力強(qiáng)。

在一些實(shí)施方式中，還包括人機(jī)交互裝置，人機(jī)交互裝置包括液晶屏和按鍵。其有益效果是，通過液晶屏的顯示和按鍵的操作，可以方便的進(jìn)行教學(xué)、實(shí)驗(yàn)等操作演示的功能。

在一些實(shí)施方式中，還包括主開關(guān)電源，主開關(guān)電源配置成控制用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)的三相七電平逆變器的工作。

在一些實(shí)施方式中，還包括通訊接口，通訊接口為RS485接口。其有益效果是，通過通訊接口可以方便的與外部的PLC相連接，方便進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。RS485接口的信號(hào)電平較低，不易損壞接口電路的芯片，且該電平與TTL電平兼容，可方便與TTL電路連接，其數(shù)據(jù)最高傳輸速率可以達(dá)到到10Mbps。抗共模干能力強(qiáng)，抗噪聲干擾性好。

在一些實(shí)施方式中，還包括實(shí)時(shí)在線仿真器，所述實(shí)時(shí)在線仿真器與處理器單元相連接。