CN102694458A - 一种交直交变流器的快速放电保护电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种交直交变流器的快速放电保护电路，属于半导体开关技术领域，该电路包括：放电晶闸管、箝位电感、放电电阻和反并联二极管。其中箝位电感、放电电阻、放电晶闸管串联在一起，且都与反并联二极管并联在直流电容两端。优点在于，当电路中由于各种原因需要快速释放直流电容上储存的能量时，该快速放电保护电路利用晶闸管器件短时承受的浪涌电流可以远超过其额定电流的能力，实现放电电流远大于放电晶闸管额定电流但小于其可承受最大浪涌电流的大电流情况下,对其所在电路并联直流电容的快速放电，且可有效防止放电过程中直流电容上可能出现的反向电压，同时起到对该放电电路所在系统的保护作用。
Description
技术领域
本发明属于半导体开关技术领域，特别提供了一种交直交变流器的快速放电保护电路。
背景技术
随着电力电子技术、微电子技术、计算机技术和现代控制理论的飞速发展，对大容量功率变换装置的需求日益增加，其在电气传动、电能质量控制、能量储存设备、谐波和无功补偿装置、开关电源、电动汽车等方面的应用方兴未艾。
据统计，在中国有62％左右的用电量是通过电动机来消费的，在美国有一半以上的电能是由电动机用掉的。世界上，电动机是耗电大户，从而也是节电潜力最大的用户，受到各国政府的普遍关注。据研究，通过采用调速等方法来提高电动机系统效率的节能潜力，占电动机总耗电量的10.5％。电能的大量节约，意味着发电所需一次能源的节约，意味着有害气体排放量的减少，意味着温室效应的消弱，从而有利于环境和气候的改善，同时还会产生巨大的经济效益。
利用高性能电机节能调速装置装备新设备和改造原有非变频高耗能设备，是落实电机系统节能工程的重要手段和有效措施，有广泛的市场需求。因此，对大功率变流器的研究具有重要意义。
二极管箝位式三电平变流器拓扑结构无须复杂的变压器，直接实现高电压、大功率变换，可以大大降低装置的体积和成本。如在整流和逆变侧分别采用上述的拓扑结构，进行双PWM控制，将制动能量回馈到电网，可以实现电机四象限调速运行。这些变流器主要应用于磁悬浮列车驱动、轧钢、船舶牵引、矿井提升机等容量大、调速范围宽、调速精度高、动态响应快的高性能传动场合。
随着IGCT等新型大功率电力电子器件和新型变流技术的出现，交直交变频调速技术相继应用到高性能大功率变频调速系统中。交直交变频调速技术具有输出频率高、输入功率因数高、无需无功补偿等优点，具有更为显著的节能效果。大功率交直交变频调速技术是现代传动装备的一项节能高新技术。由国内技术总负责，研制具有国际先进水平的电压源型大功率交直交变频调速系统，将进一步缩小我国在传动技术装备方面与国际先进水平的差距，对推进应用电机系统节能技术，提高我国电机系统能效，提升我国大功率高性能变频装置制造企业的自主创新能力和国际竞争力，促进我国电力电子产业的可持续发展，赢得市场，将具有重大的现实意义。
电压源型交直交变流器系统的主要特点是直流侧接有大电容。当变流器系统由于各种原因出现故障时，尤其是由于各种原因导致直流电压出现过压故障时，需要快速释放掉变流器系统的直流电容上储存的能量，以防止过电压对变流器系统中半导体开关器件造成损坏，同时也可以避免变流器系统故障的扩展，起到对变流器系统很好的保护作用。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述问题，提出一种交直交变流器的快速放电保护电路，它能够实现对与其并联的直流电容的快速放电，同时起到对该放电电路所在系统的保护作用。本发明适用于各种电压源型变流器中，此电路可广泛应用于交直交变流器中直流电容的快速放电，起到对变流器的保护作用。
一种直流电容的快速放电保护电路，包括放电晶闸管T、箝位电感L、放电电阻R和反并联二极管D；
放电晶闸管T、箝位电感L、放电电阻R串联连接，串联后的电路与直流电容C两端并联，反并联二极管D与直流电容C两端并联。
一种交直交三电平IGCT变流器的快速放电保护电路，交直交三电平IGCT变流器的三相输出分别为Uo、Vo和Wo，三相都分别联接到直流电容Cp、直流电容Cn的正极P、中点M和负极N上，快速放电保护电路包括放电晶闸管Tp、放电晶闸管Tn、箝位电感Lp、箝位电感Ln、放电电阻Rp、放电电阻Rn、反并联二极管Dp和反并联二极管Dn；
放电晶闸管Tp、箝位电感Lp、放电电阻Rp串联连接，串联后的电路与直流电容Cp两端并联，反并联二极管Dp与直流电容Cp两端并联；放电晶闸管Tn、箝位电感Ln、放电电阻Rn串联连接，串联后的电路与直流电容Cn两端并联，反并联二极管Dn直流电容Cn两端并联。
本发明的优点在于：
当电压源型交直交变流器系统由于各种原因出现故障时，尤其是由于各种原因导致直流电压出现过压故障时，通过本发明可以快速释放掉变流器系统的直流电容上储存的能量，以防止过电压对变流器系统中半导体开关器件造成损坏，同时也可以避免变流器系统故障的扩展，起到对变流器系统很好的保护作用。
附图说明
图1是本发明的直流电容的快速放电保护电路的结构示意图；
图2是本发明的交直交三电平IGCT变流器的快速放电保护电路的结构示意图；
图3是本发明的快速放电电路工作时，直流电容端电压和放电电流仿真波形图。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
本发明是一种直流电容的快速放电保护电路，如图1所示，包括放电晶闸管T、箝位电感L、放电电阻R和反并联二极管D。
放电晶闸管T、箝位电感L、放电电阻R串联连接，串联后的电路与直流电容C两端并联，反并联二极管D与直流电容C两端并联。图中，P表示直流电容C的正极，N表示直流电容C的负极。
通过放电晶闸管T、箝位电感L、放电电阻R所在的电路，利用晶闸管器件短时承受的浪涌电流可以远远超过其额定电流的能力，实现放电电流远大于放电晶闸管额定电流但小于其可承受最大浪涌电流的大电流情况下，对其所在电路并联直流电容C快速放电，同时起到对该快速放电电路所在系统的保护作用。
所述的直流电容快速放电电路的放电晶闸管T为放电电路开关，放电晶闸管承受浪涌电流的能力很强。
所述的直流电容快速放电电路的箝位电感L的作用为限制放电电路的di/dt，并限制放电电路的最大电流。
所述的直流电容快速放电电路的放电电阻R阻值极小（0.01～0.5Ω），短时功率较大，能够快速释放掉直流电容中储存的能量。
所述的直流电容快速放电电路的反并联二极管D用于防止放电过程中直流电容上可能出现的反向电压。
本发明的一种交直交三电平IGCT变流器的快速放电保护电路，如图2所示，包括放电晶闸管Tp、放电晶闸管Tn、箝位电感Lp、箝位电感Ln、放电电阻Rp、放电电阻Rn、反并联二极管Dp和反并联二极管Dn。
交直交三电平IGCT变流器的部分电路结构如图2所示，其中包括直流电容Cp和直流电容Cn，直流电容Cp和直流电容Cn设有P（正极）、M（中点）和N（负极），Uo、Vo和Wo为三电平结构IGCT逆变器的三相输出。三电平结构IGCT逆变器的三相都分别联接到直流电容Cp、直流电容Cn的P、M和N上。
放电晶闸管Tp、箝位电感Lp、放电电阻Rp串联连接，串联后的电路与直流电容Cp两端并联，反并联二极管Dp与直流电容Cp两端（P、M）并联；放电晶闸管Tn、箝位电感Ln、放电电阻Rn串联连接，串联后的电路与直流电容Cn两端并联，反并联二极管Dn直流电容Cn两端（M、N）并联；
本发明通过放电晶闸管Tp、放电晶闸管Tn、箝位电感Lp、箝位电感Ln、放电电阻Rp、放电电阻Rn所在的电路，利用晶闸管器件短时承受的浪涌电流可以远远超过其额定电流的能力，实现放电电流远大于放电晶闸管额定电流但小于其可承受最大浪涌电流的大电流情况下，对其所在电路并联直流电容Cp、直流电容Cn快速放电，同时起到对该快速放电电路所在系统的保护作用。
所述的交直交三电平IGCT变流器的快速放电保护电路的放电晶闸管Tp、放电晶闸管Tn为放电电路开关，放电晶闸管承受浪涌电流的能力很强。
所述的交直交三电平IGCT变流器的快速放电保护电路的箝位电感Lp、箝位电感Ln的作用为限制放电电路的di/dt，并限制放电电路的最大电流。
所述的交直交变流器的快速放电保护电路的放电电阻Rp、放电电阻Rn阻值极小（0.01～0.5Ω），短时功率较大，能够快速释放掉直流电容中储存的能量。
所述的交直交三电平IGCT变流器的快速放电保护电路的反并联二极管Dp、反并联二极管Dn用于防止放电过程中直流电容上可能出现的反向电压。
工作过程：
当交直交三电平交直交IGCT变流器系统中由于各种原因，尤其是由于变流器系统出现各种形式的故障，需要快速释放直流电容Cp、直流电容Cn中储存的能量时，变流器控制系统控制放电晶闸管Tp、放电晶闸管Tn开通，利用晶闸管器件短时承受的浪涌电流可以远超过其额定电流的能力，实现放电电流远大于放电晶闸管额定电流但小于其可承受最大浪涌电流的大电流情况下，与其所在电路并联直流电容的快速放电。即直流电容Cp中储存的能量通过放电晶闸管Tp、箝位电感Lp、放电电阻Rp串联的电路实现快速放电，直流电容Cn中储存的能量通过放电晶闸管Tn、箝位电感Ln、放电电阻Rn串联的电路放电。
当直流电容Cp、直流电容Cn的端电压分别为2500V，放电保护电路工作时，最大放电电流达到16kA，不到3mS的时间内直流电容Cp、直流电容Cn上的电压即降到0，直流电容Cp、直流电容Cn所储存的能量完全释放掉。附图3为本发明的快速放电电路工作时，直流电容端电压和放电电流仿真波形图。这样即实现了直流电容Cp、直流电容Cn的快速放电，同时起到对变流器系统的保护作用。
Claims (10)
1.一种直流电容的快速放电保护电路，其特征在于，包括放电晶闸管T、箝位电感L、放电电阻R和反并联二极管D；
放电晶闸管T、箝位电感L、放电电阻R串联连接，串联后的电路与直流电容C两端并联，反并联二极管D与直流电容C两端并联。
2.根据权利要求1所述的一种直流电容的快速放电保护电路，其特征在于，所述的放电晶闸管T为放电电路开关。
3.根据权利要求1所述的一种直流电容的快速放电保护电路，其特征在于，所述的箝位电感L限制放电电路的di/dt，并限制放电电路的最大电流。
4.根据权利要求1所述的一种直流电容的快速放电保护电路，其特征在于，所述的放电电阻R阻值极小，短时功率较大，能够快速释放掉直流电容中储存的能量。
5.根据权利要求1所述的一种直流电容的快速放电保护电路，其特征在于，所述的反并联二极管D防止放电过程中直流电容上出现的反向电压。
6.一种交直交三电平IGCT变流器的快速放电保护电路，其特征在于，交直交三电平IGCT变流器的三相输出分别为Uo、Vo和Wo，三相都分别联接到直流电容Cp、直流电容Cn的正极P、中点M和负极N上，快速放电保护电路包括放电晶闸管Tp、放电晶闸管Tn、箝位电感Lp、箝位电感Ln、放电电阻Rp、放电电阻Rn、反并联二极管Dp和反并联二极管Dn；
放电晶闸管Tp、箝位电感Lp、放电电阻Rp串联连接，串联后的电路与直流电容Cp两端并联，反并联二极管Dp与直流电容Cp两端并联；放电晶闸管Tn、箝位电感Ln、放电电阻Rn串联连接，串联后的电路与直流电容Cn两端并联，反并联二极管Dn直流电容Cn两端并联。
7.根据权利要求6记载的一种交直交三电平IGCT变流器的快速放电保护电路，其特征在于，所述的放电晶闸管Tp、放电晶闸管Tn为放电电路开关。
8.根据权利要求6记载的一种交直交三电平IGCT变流器的快速放电保护电路，其特征在于，所述的箝位电感Lp、箝位电感Ln限制放电电路的di/dt，并限制放电电路的最大电流。
9.根据权利要求6记载的一种交直交三电平IGCT变流器的快速放电保护电路，其特征在于，所述的放电电阻Rp、放电电阻Rn阻值极小，短时功率较大，能够快速释放掉直流电容中储存的能量。
10.根据权利要求6记载的一种交直交三电平IGCT变流器的快速放电保护电路，其特征在于，所述的反并联二极管Dp、反并联二极管Dn防止放电过程中直流电容上出现的反向电压。
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