专利名称：：一种级联型中高压变频器的光纤连接方法
技术领域：
：本发明涉及一种中高压变频器的传输方式及装置，具体说是一种用于级联型中高压变频器的光纤连接模式，主要用于电机的变频调速技术。
背景技术：
：目前电能使用中，只有约70%左右是供给电机使用。电机的变频调速技术作为电机节能的一个有效手段，在工业领域得到了广泛的应用，并逐渐普及到其它领域。高压变频器是实现大功率电机变频调速技术的主要方式。由于功率单元串联多电平型，在系统稳定性、控制方式、调试范围以及对电网谐波污染方面具有比较明显的优势。因此成为了目前高压变频器中的主流实现方法。传统级联型中高压变频器多采用光纤来连接主控器和各功率模块。一般来说，所需要的光纤数目与组成变频器的功率模块数目的2倍左右。由于功率模块数较多，因此光纤和光纤收发器的数目庞大，连线复杂。因此很有必要对此加以改进。
发明内容本发明的目的旨在克服现有级联型中高压变频器的不足，提供一种光纤数目与组成变频器的功率模块数目更少的传输方法及其装置，通过本发明技术所制作出来的级联型中高压变频器，具有光纤和光纤收发器的数目更少，连线更为简单的特点。本发明的目的是通过下述技术方案实现的一种级联型中高压变频器光纤连接方法，所述的变频器由多个功率单元组合成组构成，每组各功率单元与控制器之间的控制采用光纤串行通讯的方式连接；所述的光纤串行通讯方式是指变频器可以由多个低压的功率单元串联组成，每组功率单元的控制采用串行通讯的方式，主控制器的输出光纤与每组第一个功率单元连接，第一个功率单元与本组第二功率单元通过光纤串联连接，第二个功率单元又与本组第三功率单元通过光纤串联连接，依次每组的上一功率单元与下一功率单元通过光纤串联连接，至每组最尾端的功率单元的输出光纤与主控制器连接，每组功率单元之间采用光纤首尾串联相互连接。此外，变频器输入侧的降压变压器采用移相方式，这样可有效消除对电网的谐波污染；输出侧采用多电平正弦PWM。另外，在某个功率单元出现故障时，通过旁路，可自动退出系统，而其余的功率单元可继续保持系统的运行，减少停机时造成的损失。系统采用模块化设计，可迅速替换故障模块。该功率单元串联多电平型变频器可适用于不同电压等级的电机。本发明提出了一种新颖的光纤连接方式，该连接方式采用单根光纤串联的方式替代了传统的多根光纤并行连接方式，从而大量的减少了光纤及光纤收发器的数目，降低了系统成本，提高了整体的可靠性。图l为本发明一个功率单元串联多电平型高压变频器结构示意图2为本发明每组功率单元的控制结构示意图。具体实施例方式下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。图1所示是一个传统的由9个功率单元组成的5电平高压变频器的拓扑结构简图。9个功率模块以每三个为一组，分别形成U组功率模块组、V组功率模块组和W组功率模块组，并构成了三相输出电压(U,V,W)，U组功率模块、V组功率模块和W组功率模块的输出分别与电机的三相入口电连接。功率模块受主控制器直接控制。每个功率模块和主控制器之间有两根光纤。其中一根用于发送主控制器的控制命令给功率模块，另外一根用于传递功率模块的状态信息给主控制器。每根光纤的长度和控制器与功率模块的距离相当。每根光纤的长度在5米到6米之间。在图l所示的系统中，主控制器和之间的光纤连接线为18根，按照平均5.5米的距离来计算。每组功率单元需要的光纤的长度为33米，三组总共需要的光纤的长度为99米。主控制器....h需要9对光纤收发器。加上功率单元上光纤收发器的数目，总共为18对。就通常情况下而言，每组功率单元的数目可以从每组1个到10个之间变动，设每组的数目为N，采用传统的控制器直接控制各个功率单元的方式下，因需要三组功率单元，则至少需要的光纤的的长度为33N米，根数为6N，需要的光纤收发器的数目为6N。最大情况下，光纤的总长度会达到330米，根数为60根，光纤收发器数目为60对。因此，系统的布线复杂，成本高，且降低了系统的整体可靠性。图2给出了本发明一个具体的功率单元的控制方式。新型光纤连接模式的基本思想是采用串行通讯的方式来替代目前控制器并行控制各个功率单元的方式。如图2中所示，一种功率单元串联多电平型变频器，由9个功率模块组成，9个功率模块以每三个为一组，分别形成U组功率模块组、V组功率模块组和W组功率模块组，并构成了三相输出电压(U,V,W)，U组功率模块4、V组功率模块5和W组功率模块7的输出分别与电机6的三相入口电连接。各功率模块受主控制器8直接控制。所述的变频器高压采用串行通讯的方式，由多个低压的功率单元串联组成，每组功率单元的控制采用串行通讯的方式，主控制器的输出光纤l与每组第一个功率单元连接，第一个功率单元与本组第二功率单元通过光纤9串联连接，第二个功率单元又与本组第三功率单元通过光纤2串联连接，依次每组的上一功率单元与下一功率单元通过光纤串联连接，至每组最尾端的功率单元的输出光纤3与主控制器8连接，每组功率单元之间采用光纤首尾相互连接。以图2中U组为例，主控制器只有两根光纤与u组功率单元相连，其中用于发送主控制器的控制命令给功率模块的输出光纤与U1的光纤输入接口连接，另外一根用于传递功率模块的状态信息的输入光纤和U3的光纤输出口连接，而U1的光纤输出与U2的光纤输入连接，U2的光纤输出与U3的光纤输入连接。功率单元配置有不同的编码地址，主控制器通过广播的方式发送控制命令，功率单元根据控制命令中的信息，依次向主控制器传递模块状态信息。新型光纤连接方式的方式，主控制器和各功率单元之间只需要3对(6根)光纤连接。由于功率单元之间连接光纤长度比较短，一般小于1米，按照1米计算。并设每组中功率单元数目为N。则有总的光纤长度可按照以下公式计算6X5.5+3X(N-1)=30+3N;总的光纤根数为3+3N总的光纤收发器对数3+3N下表l是目前的光纤连接方式和新型光纤连接方式的对比表l两种光纤连接方式的对比<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>新型连接方式的光纤总长度为30+30=60米，传统光纤连接的光纤总长度为330米。新型连接的总长度只有传统光纤连接方式的18.1%。新型连接方式的光纤收发器对为33，传统光纤连接的光纤收发器对为60。新型连接的光纤收发器数目为传统方式的55%。新型连接方式的光纤数目对为33，传统光纤连接的光纤数目为60。新型连接的光纤收发器数目为传统方式的55%。由此可见，新型连接方式可以大幅度的减少光纤及光纤收发器的数目。在模块数目越大，其减小更加明显。本发明提出的新型光纤连接模式可以大量减少光纤连接的数目，从而达到降低成本，减小系统布线复杂度，提高可靠性的目的。此外，变频器输入侧的降压变压器采用移相方式，这样可有效消除对电网的谐波污染；输出侧采用多电平正弦PWM。另外，在某个功率单元出现故障时，通过旁路，可自动退出系统，而其余的功率单元可继续保持系统的运行，减少停机时造成的损失。系统采用模块化设计，可迅速替换故障模块。该功率单元串联多电平型变频器可适用于不同电压等级的电机。权利要求1、一种级联型中高压变频器的光纤连接方法，所述的变频器由多个功率单元组合成组构成，其特征在于每组各功率单元与控制器之间的控制采用光纤串行通讯方式连接。2、如权利要求l所述的级联型中高压变频器的光纤连接方法，其特征在于所述的光纤串行通讯方式是指变频器可以由多个低压的功率单元串联组成，每组功率单元的控制采用串行通讯的方式，主控制器的输出光纤与每组第一个功率单元连接，第一个功率单元与本组第二功率单元通过光纤串联连接，第二个功率单元又与本组第三功率单元通过光纤串联连接，依次每组的上一功率单元与下一功率单元通过光纤串联连接，至每组最尾端的功率单元的输出光纤与主控制器连接，每组功率单元之间采用光纤首尾串联相互连接。3、如权利要求l所述的级联型中高压变频器的光纤连接方法，其特征在于功率单元配置有不同的编码地址，主控制器通过广播的方式发送控制命令，功率单元根据控制命令中的信息，依次向主控制器传递模块状态信息。4、如权利要求l所述的级联型中高压变频器的光纤连接方法，其特征在于所述的输入侧的降压变压器采用移相方式构成；输出侧采用多电平正弦PWM技术。全文摘要一种级联型中高压变频器的光纤连接方法，每组功率单元的控制采用串行通讯的方式，主控制器的输出光纤与每组第一个功率单元连接，第一个功率单元与本组第二功率单元通过光纤串联连接，第二个功率单元又与本组第三功率单元通过光纤串联连接，依次每组的上一功率单元与下一功率单元通过光纤串联连接，至每组最尾端的功率单元的输出光纤与主控制器连接，每组功率单元之间采用光纤首尾串联相互连接。文档编号H02M5/00GK101431290SQ20081014395公开日2009年5月13日申请日期2008年12月15日优先权日2008年12月15日发明者洋曹,军李,王小方,罗仁俊,蓝德劭申请人:株洲变流技术国家工程研究中心有限公司