CN101087108A - 一种高压变频调速装置的功率单元旁路机构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高压变频调速装置的功率单元旁路机构，包括并联在高压变频调速装置的每一个智能功率单元逆变器、交流母线输出两端旁的一个晶闸管模块和一个机械操作的闸刀机构，其特征在于，在每一智能功率单元逆变器和交流母线输出两端旁的一个晶闸管模块之间设有吸收dv/dt的吸收回路。本发明的优点是使故障的智能功率单元能在电路中在线更换，成本低、功耗低、工作可靠。
Description
技术领域
本发明涉及一种高压变频调速装置的功率单元旁路机构，尤其涉及一种采用单元串联多重化技术后的高压变频调速装置的功率单元旁路机构，属于高压变频调速装置技术领域。
背景技术
近年来，随着电力电子技术的发展，促使了电力电子器件的发展，绝缘栅双极晶体管IGBT是在90年代得到迅速发展，其绝缘性能好、模块化程度高，工作频率可达20kHz，因此在低压变频调速装置上得到了广泛的应用。在高压变频调速中，由于IGBT的工作电压低，虽然目前已能作到3.3～4.5Kv，但还不能满足直接使用的电压等级。所以人们设计研究出在高压变频调速装置中采用单元串联多重化技术，使符合使用的、工作电压较低的IGBT模块得到应用。申请人自主独立的研制出6KV高压变频调速装置，经过多绕组移相整流变压器降压后给智能功率单元供电，智能功率单元为三相输入单相输出的交-直-交PWM电压源型逆变器结构，相邻的智能功率单元的输出端串联起来，形成Y形结构，实现变压变频的高压直接输出，供给高压电动机。
这种高压变频调速装置在使用过程中，偶尔会出现某个或几个IGBT模块发生故障时，引起智能功率单元的故障，为了使高压变频调速装置还能继续正常工作，不影响整个系统的运行，应尽快的将故障的智能功率单元退出并能在不停机的情况下进行在线更换，这就需要一种保护电路及机构来满足以上的要求，
目前国内高压变频调速装置中使用的电子旁路电路，无物理旁路机构且不能在线更换，只能停机以后才能更换故障单元，主要有几种：
1 由继电器或接触器构成旁路电路，其缺点是：由于继电器或接触器的机械触点有时接触不良或动作不准确，动作有时限，影响系统运行的可靠性；
2 现在普遍采用的另一种形式的旁路电路如图1所示，它由设置在逆变桥1旁边的单相二极管整流桥2和晶闸管3构成。当某个功率模块出现故障时，系统关断逆变桥1，触发晶闸管3，使电流通过二极管整流桥2和晶闸管3形成的通路流过。但是，这种旁路电路在实际应用中存在着一定的问题，这是因为整个线路对旁路电路中的二极管和晶闸管提出了较高的要求。众所周知，IGBT的开关时间很短，一般在300nS左右，现在使用1700V的IGBT，直流母线电压可达到1000V左右，于是IGBT开关时将产生的dv/dt可达3000V/μS的量级，而晶闸管能承受的dv/dt一般在1000V/μS以下。所以图1所示的电路，在刚上电时，晶闸管两端的电压为零，当功率模块IGBT开始正常导通的瞬间，晶闸管就会耐受超过其耐受能力的dv/dt。这样就容易引起晶闸管的误导通，造成逆变桥输出短路，从而使功率模块发生故障；
3 还有一种是在上述第2种的旁路电路基础上增加了一个预充电电路4，如图2所示，虽然解决了上述第2种旁路电路的一些缺陷，但不能解决这个故障功率模块单元的在线更换，而且这种旁路电路的方式使用的元器件多、线路相对比较复杂。
发明内容
本发明的目的是要提供一种使故障的智能功率单元能在电路中在线更换，成本低、功耗低、工作可靠的高压变频调速装置的功率单元旁路机构。
为实现以上目的，本发明的技术方案是提供一种高压变频调速装置的功率单元旁路机构，包括并联在高压变频调速装置的每一个智能功率单元逆变器、交流母线输出两端旁的一个晶闸管模块和一个机械操作的闸刀机构，其特征在于，在每一智能功率单元逆变器和交流母线输出两端旁的一个晶闸管模块之间设有吸收dv/dt的吸收回路。
所述的晶闸管模块为正反向并联的晶闸管模块。
所述的dv/dt的吸收回路由高频电抗器、吸收电容和吸收电阻组成，高频电抗器L串接在变频调速装置每一智能功率单元输出的逆变器交流端与一个输出交流母线端之间，在输出交流母线两端之间并联一串接的吸收电容和吸收电阻，在输出交流母线两端之间与一个正反向并联的晶闸管模块并联。
本发明在每一智能功率单元逆变器和交流母线输出两端旁的一个晶闸管模块之间设有吸收dv/dt的吸收回路，当绝缘栅双极晶体管开关动作时所产生高的dv/dt，由于有了高频电抗器、吸收电容和吸收电阻将绝缘栅双极晶体管开关动作时所产生高的dv/dt抑制到很低，使电子旁路中的正反向并联晶闸管模块不会承受过高的dv/dt，也不会使正反向并联晶闸管模块出现误导通的情况，从而保证系统在某个智能功率单元在故障时可靠的电子旁路，同时使系统能在某一限定的工况下继续运行，等待维修人员准备好备件，将故障的智能功率单元在不停机的情况下即在线退出，更换新的备件，退出物理旁路机构，新的备件自动投入，系统自动恢复正常工作。
本发明的dv/dt的吸收回路b不仅对逆变器产生的dv/dt进行吸收，保护正反向并联晶闸管模块，而且对逆变器的输出波形进行滤波，使有害的谐波得到很好的抑制。这样高压变频调速装置的输出指标得到大大的提高；
本发明的优点是使故障的智能功率单元能在电路中在线更换，成本低、功耗低、工作可靠。
附图说明
图1为现有技术中的电子旁路电路图；
图2为现有技术中的另一种电子旁路电路图；
图3为一种高压变频调速装置的功率单元旁路机构电路图；
图4为一种高压变频调速装置的功率单元旁路机构结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图3所示，为一种高压变频调速装置的功率单元旁路机构电路图，所述的一种高压变频调速装置的功率单元旁路机构由并联在高压变频调速装置的每一个智能功率单元逆变器1、交流母线输出两端旁的一个晶闸管模块5、吸收dv/dt的吸收回路6和一个机械操作的闸刀机构7组成，所述的晶闸管模块5为正反向并联的晶闸管模块，在每一智能功率单元逆变器1和交流母线输出两端旁的一个晶闸管模块5之间设有吸收dv/dt的吸收回路6。
所述的dv/dt的吸收回路6由高频电抗器L、吸收电容C和吸收电阻R组成，其中高频电抗器L的一端串接在高压变频调速装置每一智能功率单元逆变1交流输出侧，吸收电容C和吸收电阻R串联后并联在高频电抗器L的另一端与智能功率单元逆变器1交流输出的另一侧，正反向并联晶闸管模块5并联在吸收电容C和吸收电阻R串联后的两端，闸刀机构7并联在正反向并联晶闸管模块5的两端，这样吸收(抑制)dv/dt回路6，能使智能功率单元逆变1中的绝缘栅双极晶体管在开关瞬间，避免正反向并联晶闸管模块5耐受不能耐受的dv/dt，而引起正反向并联晶闸管模块6的误导通。正反向并联晶闸管模块5是在高压变频调速装置某一智能功率单元逆变器1发生故障时，接收到智能功率单元中的控制器的触发命令，使正反向并联晶闸管模块5中的正反向并联晶闸管都导通，同时控制器的命令闭锁智能功率单元逆变器1的输出，起到了对高压变频调速装置故障的智能功率单元逆变器1进行旁路，从而保证系统能在某一限定的工况下继续运行，等待维修人员在不停机的情况下更换。
如图4所示，为一种高压变频调速装置的功率单元旁路机构结构示意图，所述的闸刀机构7由操作手柄8、绝缘延长拉杆9、闸刀11、闸刀固定闭合口12和箱体14组成，绝缘延长拉杆9穿过每一个功率单元箱体14的前后侧，操作手柄8连接箱体14后侧外的绝缘延长拉杆9端部，在箱体14前侧外的绝缘延长拉杆9端部连接闸刀11，闸刀11侧设有闸刀固定闭合口12。
智能功率单元逆变器1、交流母线输出两端旁的一个晶闸管模块5吸收dv/dt的吸收回路6组成电子旁路15安装在箱体14的前侧，闸刀11的与智能功率单元逆变器1输出的交流母线联接13连接，特制闸刀固定闭合口12固定在智能功率单元逆变器1的另一个输出交流母线10上，在维修人员准备好备件后进行操作先操作操作手柄8，拉动绝缘延长拉杆9，使闸刀11与闸刀固定闭合口12闭合，工作电流直接从交流母线13流经闸刀11，再从另一个输出交流母线10流向下一个正常的智能功率单元逆变器，从而使电子旁路线路中的正反向并联晶闸管模块5没有电流流过，完成了物理旁路过程。这样可以在不停机的情况下更换备件。
本发明中的电子旁路15是直接在交流回路中进行改进，与以往的旁路技术要将交流变成直流后再进行改进有本质的差别；
本发明中的机械操作的闸刀是物理旁路机构，这是一个全新的概念，本发明有了机械操作的闸刀机构7，可以不停机更换故障单元，从而使系统的利用率大大的得到提高。
Claims (4)
1.一种高压变频调速装置的功率单元旁路机构，包括并联在高压变频调速装置的每一个智能功率单元逆变器(1)、交流母线输出两端旁的一个晶闸管模块(5)和一个机械操作的闸刀机构(7)，其特征在于，在每一智能功率单元逆变器(1)和交流母线输出两端旁的一个晶闸管模块(5)之间设有吸收dv/dt的吸收回路(6)。
2.根据权利要求1所述的一种高压变频调速装置的功率单元旁路机构，其特征在于，所述的晶闸管模块(5)为正反向并联的晶闸管模块。
3.根据权利要求1所述的一种高压变频调速装置的功率单元旁路机构，其特征在于，所述的dv/dt的吸收回路(6)由高频电抗器L、吸收电容C和吸收电阻R组成，高频电抗器L串接在变频调速装置每一智能功率单元输出的逆变器(1)交流端与一个输出交流母线端之间，在输出交流母线两端之间并联一串接的吸收电容C和吸收电阻R；在输出交流母线两端之间与一个正反向并联的晶闸管模块(6)并联。
4.根据权利要求1所述的一种高压变频调速装置的功率单元旁路机构，其特征在于，所述的闸刀机构(7)由操作手柄(8)、绝缘延长拉杆(9)、闸刀(11)、闸刀固定闭合口(12)和箱体(14)组成，绝缘延长拉杆(9)穿过每一个功率单元箱体(14)的前后侧，操作手柄(8)连接箱体(14)后侧外的绝缘延长拉杆(9)端部，在箱体(14)前侧外的绝缘延长拉杆(9)端部连接闸刀(11)，闸刀(11)侧设有闸刀固定闭合口(12)。
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