[发明专利]模块化变频器

说明书

本发明公开一种模块化变频器，所述模块化变频器包括：功率硬件层，其包括整流功率模块、直流功率模块和逆变功率模块；控制硬件层，用于对所述功率硬件层进行状态监测和控制信号输出，其包括整流监控模块、直流监控模块和逆变监控模块；应用硬件层，其包括控制电源模块、MCU模块、I/O模块和通讯模块；系统总线层，用于连接所述控制硬件层和所述应用硬件层，以在所述控制硬件层和所述应用硬件层之间实现数据的交换和存储；以及散热层，用于对所述模块化变频器内产生的热量进行散热。本发明的模块化变频器可以实现系统应用扩展和设计优化。

技术领域

本发明涉及变频器技术领域，具体地涉及一种能够实现系统应用扩展的模块化变频器。

背景技术

变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。随着变频高速技术的发展与综合利用，使变频器行业在通讯、交通、运输、电力、电子、环保、航空航天、自控系统、尖端武器、原子能、军队现代化等领域得到空前的发展和应用，几乎国民经济各行各业都与变频器密不可分。

如图1所示，传统变频器包括功率单元10和控制单元20。功率单元10包括前置滤波回路11，整流回路12，直流回路13，逆变回路14，散热器15和控制单元供电器16。控制单元20包括I/O端口21，扩展端口22，MCU(微控制单元)23，通讯端口24，以及控制与状态反馈器25。前置滤波回路11对从主电源输入端30输入的交流电进行滤波，并降低变频器产生的高频电压和电流分量对电网的干扰。整流回路12对经过滤波的交流电进行整流，以输出直流电。直流回路13使从整流回路12输出的直流电变得平滑或稳定，并对控制单元供电器16进行供电。逆变回路14对从直流回路输出的直流电进行直流-交流变换，然后将变换后的交流电从主电源输出端40输出。控制单元供电器16对控制单元20进行供电。

上述传统变频器是基于单机设计方式，即，控制单元和功率单元是一对一的方式，即使是在共直流或多传动模块中，也是如此。控制单元功能和接口类型是由制造商在设计的时候已经固定，每个控制单元包含一定数量的MCU、I/O端口、通讯端口和扩展端口，客户在应用时可能只能利用到其中的部分端口，而使另一部分端口空闲，且无法被其他变频器模块使用，造成系统中的浪费，并且系统扩展性受限。因此，在复杂应用场景中通常需要通过其他控制器(例如PLC)进行扩展。而且，不同控制单元中的MCU、I/O资源、通讯端口、扩展端口无法共用，在多机系统中难以针对应用优化配置。同时，单机独立散热设计，难以针对系统应用进行优化设计。

发明内容

为了克服传统变频器中的上述不足，本发明提供一种能够实现系统应用扩展的模块化变频器。

为了实现上述目的，本发明提供一种模块化变频器，所述模块化变频器包括：功率硬件层，包括用于对来自主电源的交流电进行整流以输出直流电的整流功率模块、用于使从所述整流功率模块输出的所述直流电稳定的直流功率模块和用于对从所述直流功率模块输出的直流电进行直流-交流变换以输出交流电的逆变功率模块；控制硬件层，用于对所述功率硬件层进行状态监测和控制信号输出，所述控制硬件层包括用于对所述整流功率模块进行状态监测的整流监控模块、用于对所述直流功率模块进行状态监测的直流监控模块和用于对所述逆变功率模块进行状态监测的逆变监控模块；应用硬件层，包括控制电源模块、MCU模块和I/O模块；系统总线层，用于连接所述控制硬件层和所述应用硬件层，以在所述控制硬件层和所述应用硬件层之间实现数据的交换和存储；以及散热层，用于对所述模块化变频器内产生的热量进行散热。所述控制电源模块用于向所述应用硬件层、所述系统总线层和所述控制硬件层提供低压直流控制电源。所述MCU模块是所述模块化变频器的中央处理单元，用于监测、分析、计算和控制所述模块化变频器中的其他模块运行。所述I/O模块是所述模块化变频器的输入输出端口。

优选地，所述整流监控模块可以根据内置参数触发软件保护指令，或向系统总线层发送状态信息并接收应用硬件层和控制硬件层中的其他模块对所述整流监控模块控制的指令，然后将所述指令转换成控制信号以发送给所述整流功率模块执行。