[发明专利]用于实验教学的三相七电平逆变器

说明书

技术领域

本发明涉及逆变器领域，特别涉及一种用于实验教学的三相七电平逆变器。

背景技术

多电平逆变器技术是一种通过改进逆变器自身拓扑结构来实现高压大功率输出的新型逆变器，其主要优点包括：输出电压呈现台阶式波形，输出谐波及dv/dt小；单个器件耐压低；适用于高压场合等。按照拓扑结构不同，大致可以分为二极管钳位多电平、飞跨电容多电平、级联型多电平以及混合式多电平。

由于级联型多电平逆变器是以普通的单相H桥逆变器为基本单元，每个单元都独立供电，电气特性可靠，是产品级多电平逆变器的首选拓扑。

在工业大功率应用时，为保证输入侧的功率因素与谐波满足电网要求，通常使用移相变压器为单个基本单元提供独立的电源。但是这类产品，在普通的教学、演示等小功率应用情形时，价格就会显示比较昂贵，成本较高。

发明内容

根据本发明的一个方面，围绕教仪设备要求价格便宜、性能可靠、适合演示等特点，提供了一种主要用于教学演示设备的用于实验教学的三相七电平逆变器，其包括处理器单元、编程单元、供电单元和采样单元；

处理器单元为数字信号处理器(DSP，DigitalSignalProcessor)；

编程单元包括现场可编程门阵列和烧录器，可编程门阵列与数字信号处理器相连通，烧录器与可编程门阵列相连通；

供电单元包括隔离变压器和功率单元，隔离变压器包括一路输入电压和三路输出电压，隔离变压器和功率单元均与现场可编程门阵列相连通；

采样单元包括电压采样单元和电流采样单元，电压采样单元和电流采样单元均与处理器单元相连通。

其有益效果是，处理器单元主要用于完成V/F或矢量电机控制算法。V/F控制主要包括V/F曲线生成，低频转矩提升以及SPWM调制等；矢量控制主要包括ID、IQ电流闭环控制、基于编码器位置、速度反馈的位置、速度闭环控制以及CLARK和PARK变换(逆变换)等算法。

同时，由于级联型七电平中，每个基本单元共有4个功率管，三相共需要36个功率管。考虑到每个桥臂的上下管驱动互补。系统至少要输出18路驱动。所以，需要使用可编程门阵列来扩展输出。实时在线仿真器用于对数字信号处理器进行实时仿真，烧录器用于对可编程门阵列进行编程。

在一些实施方式中，功率单元包括整流电路、直流母线滤波电路、直流母线充电电路、H桥逆变电路、H桥驱动电路、辅助开关电源和故障检测电路。

其有益效果是，整流电路用于连接隔离变压器，采用单相桥式整流提供直流母线电压。直流母线滤波电路用于平滑整流电压。直流母线充电电路用于通电时限制对母线电容充电电流，避免对变压器的电流冲击，一般采用限流电阻加旁路继电器的方式，因为本方案的母线电压较低，为降低低成本也可以使用NTC功率电阻代替。H桥逆变电路，用于将直流电逆变成交流电。H桥驱动电路用于接收由可编程门阵列输出的PWM信号。辅助开关电源用于控制整个功率单元的电源。故障检测电路用于组成桥臂直通保护，直流母线欠压保护，散热器超温保护等。

在一些实施方式中，电压采样单元为高速线性光耦。其有益效果是，高速线性光耦的电流传输特性曲线接近直线，并且小信号时性能较好，能以线性特性进行隔离控制，同时相对于传统的霍尔电压传感器，价格更便宜，成本更低。

在一些实施方式中，电流采样单元为两路开环霍尔电流传感器。其有益效果是，霍尔电流传感器的响应时间快、低温漂、精度高、体积小、频带宽、抗干扰能力强、过载能力强。

在一些实施方式中，还包括人机交互装置，人机交互装置包括液晶屏和按键。其有益效果是，通过液晶屏的显示和按键的操作，可以方便的进行教学、实验等操作演示的功能。

在一些实施方式中，还包括主开关电源，主开关电源配置成控制用于实验教学的三相七电平逆变器的工作。

在一些实施方式中，还包括通讯接口，通讯接口为RS485接口。其有益效果是，通过通讯接口可以方便的与外部的PLC相连接，方便进行数据通信。RS485接口的信号电平较低，不易损坏接口电路的芯片，且该电平与TTL电平兼容，可方便与TTL电路连接，其数据最高传输速率可以达到到10Mbps。抗共模干能力强，抗噪声干扰性好。

在一些实施方式中，还包括实时在线仿真器，所述实时在线仿真器与处理器单元相连接。