[发明专利]高压变频器的功率单元控制电路

说明书

技术领域

本发明涉及电力电子与控制技术，尤其涉及一种高压变频器的功率单元控制电路。

背景技术

在高压变频器领域，自Peter W. Hammond在1995年提出单元串联高压变频器以来，这种利用低压电力变换技术实现高压电力变换的方法由于其输出电压波型好、输入谐波电流低、成本低、维护方便，已经成为高压变频器的主流技术，国内外许多厂家都已经推出了基于这项技术的产品。由于在节能降耗、改善生产工艺性、提高设备工作寿命等方面效果显著，应用日益普遍。

图1为现有功率单元串联高压变频器的主电路示意图，图中示出了一种这类高压变频器的典型方案。图1所示的高压变频器，每相由3个功率单元串联而成，高压变频器包括变压器1、九个相同的功率单元（如2AU）和主控制器3。变压器1包括1个原边绕组11和9个相位不同的三相副边绕组（如12AU），原边绕组11与高压三相电网5连接；9个功率单元（如2AU）按照输出分成U、V、W三相，每相的三个功率单元（如2AU、2BU、2CU）的输出依次串联分别作为三相（如U相），三相的一端au+、av+、aw+连接在一起作为三相输出的中性点O，另外一端cu-、cv-、cw-分别作为高压变频器的U、V、W输出，用于驱动高压电机4。主控制器3通过光纤分别与各功率单元（如2AU）连接，向各功率单元（如2AU）提供控制信号，并接收各功率单元（如2AU）的运行信息。

图1中的每个功率单元（如2AU）包括熔断器21、整流电路22、直流滤波电路23、逆变电路24、单元旁路电路25和单元控制电路26，如图2所示。在现有的高压变频器功率单元中，单元控制电路通常只包括光纤接口电路、控制逻辑电路、熔断器检测电路、过温检测电路和功率开关管（如绝缘栅型双极三极管，简称IGBT）驱动电路；其中，过温检测电路通常采用温度开关，当功率单元过热时，向单元控制电路发送开关信号，以实现功率单元过温保护。

高压变频器多用于工业大型电机调速，对运行稳定性要求很高。在上述功率单元串联的架构下，每台高压变频器中都包括很多的功率单元，功率单元的可靠性就成为制约高压变频器运行稳定性的关键因素。

为了提高功率单元的可靠性，需要加强对功率单元运行状况的监控，将功率单元的直流母线电压、散热器温度等信息反馈给高压变频器的主控制器3，参与高压变频器的控制，并在高压变频器运行过程中随时查询。但至今为止，所有高压变频器还都不具备这些功能；有的厂家即便注意到这些功能，也未见实施。究其原因，高压变频器的功率单元之间存在很高的电压差，通常功率单元与主控制器只是通过一对光纤连接，传送手段有限。如何把功率单元的直流母线电压、散热器温度等信号等通过光纤传送到主控制器，确实还存在诸多困难。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种高压变频器功率单元的控制电路，可以实现功率单元的直流母线电压、散热器温度等信号的光纤传送，能够增强高压变频器功率单元的监控性能，加强高压变频器的运行监控能力，进而提高高压变频器的运行稳定性。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种高压变频器的功率单元控制电路，包括电源电路；还包括光纤接口电路、控制逻辑电路、功率开关驱动电路和直流电压检测电路；其中：

所述光纤接口电路通过光纤与高压变频器的主控制器连接；所述光纤接口电路还连接控制逻辑电路，将来自所述主控制器的光信号转换成电信号发送给所述控制逻辑电路，并将来自所述控制逻辑电路的电信号转变成光信号发送给所述主控制器；

所述功率开关驱动电路分别连接所述控制逻辑电路和功率单元中的功率开关，将来自所述控制逻辑电路的控制信号放大以驱动所述功率开关；并将功率开关的运行信息发送给所述控制逻辑电路；

所述直流电压检测电路的输入为模拟信号，输入侧连接功率单元的直流母线两端；输出数字信号，输出侧连接控制逻辑电路；所述直流电压检测电路将直流滤波电路的端电压信号转变为数字信号并送给所述控制逻辑电路进行编码，再由所述光纤接口电路通过光纤发送给高压变频器主控制器。

其中：该单元控制电路还包括温度检测电路，所述温度检测电路具体包括温度传感器和测温电路；所述温度传感器为负温度系数热敏电阻连接测温电路；所述测温电路的输出作为温度检测电路的输出端连接所述控制逻辑电路，由所述控制逻辑电路读取测温电路的输出信号并进行编码，再由所述光纤接口电路通过光纤发送给高压变频器控制器。

所述温度检测电路的输出为数字信号，其信号频率随着功率单元温度的升高而增大。