CN101478228B - 一种变压器预置电压式高压变频装置功率单元旁路电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种变压器预置电压式高压变频装置功率单元旁路电路，包括并联在H逆变桥旁的二极管整流桥和可控硅，其特征在于：还设置有预置电压电路；所述预置电压电路包括变压器、整流器、直流滤波电容、至少一个继电器、至少一个限流电阻、充电电阻和充电电容；所述变压器输入端与功率单元的交流输入相连；所述变压器输出的交流电经所述整流器整流为直流电；在该整流器的直流输出端跨接有直流滤波电容；在该整流器的直流输出端的正极和负极中至少一端与所述可控硅之间串联有所述继电器和限流电阻；所述充电电阻和充电电容串联后并联在可控硅旁。

Description

一种变压器预置电压式高压变频装置功率单元旁路电路
技术领域
本发明涉及一种旁路电路，特别是一种变压器预置电压式高压变频装置功率单元旁路电路，属于电气自动化设备技术领域。
背景技术
随着现代电力电子技术和微电子技术的迅猛发展，高压大功率变频调速装置不断地成熟起来；特别是在高压器件应用的可靠性还不是太高且价格高昂的的情况下，近年来人们通过单元串联的方式使这一问题得到了很好的解决，因此单元串联多电平高压变频器应用的领域和范围也越来越为广范，这使得高效、合理地利用能源(尤其是电能)成为了可能。
单元串联多电平高压变频器在运行的过程中，偶尔会出现某一个或者某几个功率单元发生故障，为了提高高压变频器运行的可靠性，需要暂时旁路掉故障的功率单元，使整个变频器可以继续运行。
现在普遍采用的一种旁路电路形式如图1所示，它由设置在H逆变桥1旁的单相二极管整流桥2和可控硅3构成；当某个功率单元出现故障时，系统关断H逆变桥1，触发可控硅3，使电流通过单相二极管整流桥2和可控硅3形成的通路流过。但是这种旁路电路在实际应用中存在一定的问题，即旁路电路不能真正起到旁路故障单元的作用。因为它对旁路电路中的二极管和可控硅提出了较高的要求，众所周知，IGBT的开关时间很短，一般在300纳秒左右，现在使用1700V的IGBT，直流母线电压可以达到1000V左右，于是IGBT开关时产生的dv/dt将在3000V/us数量级，而可控硅能承受的dv/dt一般在1000V/us以下。所以图1所示的电路，在刚上电时，可控硅两端的电压为零，当功率单元开关管IGBT开始触发导通的瞬间，可控硅将会承受超过其耐受能力的dv/dt。可控硅结电容的存在而产生较大的位移电流，该电流可以实际上起到触发电流的作用，使可控硅的正向阻断能力下降，严重时引起可控硅误导通，从而造成H逆变桥输出短路，引发功率单元故障。
可以在图1的基础上增加限制dv/dt的措施，比如增加电感器、电阻，但是当功率单元旁路运行时，它们要流过大电流，这样使其功耗大、体积大、成本高。
基于以上原因，又发明了如图2所示的另一种形式的旁路电路，(专利名称：高压变频调速器的旁路电路专利号：02100667。9)；但是在实际的应用中这种旁路电路也存在一定的问题；由于它是利用电阻R2，R3将可控硅阳极与阴极分别连接至直流母线的正负，从而理论上使可控硅两端电压值达到与母线电压相等，这样逆变桥开始工作时其输出的PWM电压不会到达可控硅两端，但是实际应用中由于可控硅不是理想的开关元件，在可控硅不被导通的情况下，在阳极与阴极之间施加一定直流电压，可控硅就会存在漏电流；通常可控硅本身有一个漏电流指标，一般厂家规定漏电流在5mA以下都是合格的，因此由于漏电流的存在，使得电阻R2、R3也流过一定的电流，这样导致电阻R2、R3上也存在一定的压降，因此实际加在可控硅两端的电压是小于直流母线电压，例如当直流母线电压为1000伏时，往往实际测出可控硅两端的电压只达到800伏，就是由于这个原因造成的；因此可控硅仍然要承受因开关器件(如IGBT)动作时产生的dv/dt；解决此问题的办法有两种：第一，可以减小电阻R2，R3阻值，但是带来了电阻功耗的增加和旁路电路体积的增大；第二，挑选漏电流小的可控硅，这样会造成在实际生产过程中有很多漏电流大的可控硅不能使用，挑选型号的余地变小，合格率低。
发明内容
本发明的发明目的在于解决现有技术中存在的问题，提供一种变压器预置电压式高压变频装置功率单元旁路电路。在保证变频器的安全可靠性和功率单元可被有效旁路的情况下，降低旁路电路中的二极管和可控硅所要承受的dv/dt。
本发明的发明目的是通过下述技术方案予以实现的：
一种变压器预置电压式高压变频装置功率单元旁路电路，包括并联在H逆变桥旁的二极管整流桥和可控硅，其特征在于：还设置有预置电压电路；所述预置电压电路包括变压器、整流器、直流滤波电容、至少一个继电器、至少一个限流电阻、充电电阻和充电电容；
所述变压器输入端与功率单元的交流输入相连；所述变压器输出的交流电经所述整流器整流为直流电；在该整流器的直流输出端跨接有直流滤波电容；在该整流器的直流输出端的正极和负极中至少一端与所述可控硅之间串联有所述继电器和限流电阻；所述充电电阻和充电电容串联后并联在可控硅旁。
所述变压器为三相隔离升压变压器；所述整流器为三相全波整流桥；所述三相隔离升压变压器的输入端接功率单元的三相交流输入。
所述变压器为单相隔离升压变压器；所述整流器为单相全波整流桥；所述单相隔离升压变压器的输入端接功率单元的三相交流输入的任意两相。
在所述整流器的直流输出端的正极和负极端与所述可控硅之间串联有所述继电器和限流电阻。
在所述继电器和限流电阻的串联线路上还串联有保险管。
所述保险管串联在所述继电器与可控硅之间。
本发明的有益效果是：本发明所设计的旁路电路，在功率单元不旁路情况下，可控硅两端的电压被预置到等于甚至大于母线电压值，在功率单元动作的过程中，旁路电路中的二极管整流桥和可控硅将不再承受超过其耐受能力的dv/dt，从而保证了变频器的安全可靠性，且功率单元故障时可以被有效的旁路。
附图说明
图1为现有技术中的旁路电路原理图；
图2为现有技术中的另一种旁路电路原理图；
图3为本发明第一实施例的旁路电路原理图；
图4为本发明第二实施例的旁路电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步描述。
图3为本发明第一实施例电路原理图。如图3所示，功率单元中含有由二极管整流桥2、可控硅3与预置电压电路4构成了对H逆变桥1的旁路电路。其中所述二极管整流桥2和可控硅3为现有技术，在此就不再具体介绍。所述预置电压电路4包括：三相隔离升压变压器TC1、三相全波整流桥RD1-RD6、直流滤波电容C2、限流电阻R2、继电器KC1、保险管FU1、充电电阻R1、充电电容C1。
所述三相隔离升压变压器TC1的输入端接功率单元的三相交流输入。隔离后的交流电压经三相全波整流桥RD1-RD6整流后变为直流电。在该直流输出端跨接有直流滤波电容C2，过滤掉所产生的杂波。在该直流输出的正极和负极中至少一端与可控硅3之间串联有继电器KC1、限流电阻R2和保险管FU1，而另一端则直接与可控硅3对应端相连。所述继电器KC1由单独的触发电路进行驱动(图中未示)。所述充电电阻R1和充电电容C1串联后并联在可控硅3旁。
通过上述结构的预置电压电路4，使系统一上电就绪后，功率单元控制板通过继电器的触发电路对继电器KC1发出常开触点闭合指令，使可控硅3两端的电压被预置到十分接近直流母线电压值。这样功率单元(如IGBT)开关时，可控硅3将不再承受超过其耐受能力的dv/dt值，从而系统的可靠性大大增强。
在功率单元发生故障需要旁路时，功率单元控制板通过继电器的触发电路对继电器KC1发出断开指令，使可控硅3完全的从隔离变压器输出之间脱开。然后，再使可控硅3导通从而故障的功率单元被完全的旁路，而由剩下的功率单元给电机供电。
应当指出，图3中所提供的实施例仅在三相全波整流桥RD1-RD6的直流输出端的其中一路串联有继电器KC1、限流电阻R2和保险管FU1。但在实际应用中，在该直流输出端与可控硅3之间的正负两路均串联有继电器、限流电阻和保险管，亦能实现本发明的创作目的，也应在本发明的保护范围之内。
另外，所述保险管FU1在此电路中仅作为常规性的保护器件所设计。如果，省略这样的保护器件并不会影响整个电路的正常工作。并且，所述保险管的最佳串接位置是在继电器与可控硅之间，这样可防止在功率单元被旁路后因继电器误动作使隔离变压器输出短路。
图4为本发明第二实施例电路原理图。图4所示第二实施例与图3所示的第一实施例的区别在于：将三相隔离升压变压器TC1替换为单相隔离升压变压器TC2，相应的整流单元变为单相全波整流桥RD1-RD4。
这两种实施例的工作原理完全相同，在这里就不再赘述。它们的区别在于：图3所示的第一实施例由于采用三相全波整流桥RD1-RD6，其预置电源电压纹波更小，相应直流滤波电容C2可以选择相对较小的容值；而图4所示的第二实施例由于选用单相变压器TC2，其体积空间较小，对于空间限制的场合下是个不错的选择。
以上所述，仅为本发明的具体实例，并不以此限定本发明的保护范围。本领域技术人员基于本发明技术方案所作的任何等效变换，均属于本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种变压器预置电压式高压变频装置功率单元旁路电路，包括并联在H逆变桥旁的二极管整流桥和可控硅，其特征在于：还设置有预置电压电路；所述预置电压电路包括变压器、整流器、直流滤波电容、至少一个继电器、至少一个限流电阻、充电电阻和充电电容；
所述变压器输入端与功率单元的交流输入相连；所述变压器输出的交流电经所述整流器整流为直流电；在该整流器的直流输出端跨接有直流滤波电容；整流器的直流输出端的正极和负极分别连接到可控硅的两端，且在该整流器的直流输出端的正极和负极中至少一端与所述可控硅之间串联有所述继电器和限流电阻；所述充电电阻和充电电容串联后并联在可控硅旁。
2.如权利要求1所述的旁路电路，其特征在于：所述变压器为三相隔离升压变压器；所述整流器为三相全波整流桥；所述三相隔离升压变压器的输入端接功率单元的三相交流输入。
3.如权利要求1所述的旁路电路，其特征在于：所述变压器为单相隔离升压变压器；所述整流器为单相全波整流桥；所述单相隔离升压变压器的输入端接功率单元的三相交流输入的任意两相。
4.如权利要求1至3中任意一项所述的旁路电路，其特征在于：在所述整流器的直流输出端的正极和负极端与所述可控硅之间串联有所述继电器和限流电阻。
5.如权利要求1所述的旁路电路，其特征在于：在所述继电器和限流电阻的串联线路上还串联有保险管。
6.如权利要求5所述的旁路电路，其特征在于：所述保险管串联在所述继电器与可控硅之间。
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