CN104702090A - 一种变换器母线电容快速放电方法 - Google Patents

一种变换器母线电容快速放电方法 Download PDF

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Abstract

一种变换器母线电容快速放电方法，其中变换器包括母线电容、控制器和由开关管构成的变换桥臂，桥臂为两电平桥臂或三电平桥臂，桥臂相数为单相、二相或三相，每相桥臂的开关管包括上管和下管；该方法包括：控制器检测放电指令、控制器向至少一相桥臂的上下管发送脉冲驱动信号，控制其他相开关管始终关闭，在脉冲驱动信号周期T的四个区间，依次控制同一相桥臂上管导通、下管关闭－上管关闭、下管关闭－上管关闭、下管导通－上管关闭、下管关闭，或对同一相桥臂上下管以前述相反控制；至母线电容放电至预设电压放电结束。本发明放电快，放电时间短，系统无需增加硬件，可靠性高，成本低，放电时，输出电压不影响负载，安全可靠。

Description

一种变换器母线电容快速放电方法
技术领域
本发明涉及一种用于变流器、变频器等大功率设备的母线电容进行快速放电的方法。
背景技术
在变频器或逆变器或变流器等大功率电力电子设备(下文简称设备)中，停机后母线电容的电通常需要至少几分钟的时间才能放完。
所示为一个典型三相逆变器用到的拓扑电路，其母线电容可能由1个或多个电容串联组成，同时为了保证串联的每个电容分到的电压是一样的，通常会在每个电容上并联均压电阻，在满足均压的前提下，为了保证该电阻不消耗太多的能量，通常电阻的阻值选的比较大。在设备停机后，母线电容的电通过该均压电阻放掉，由于电阻阻值较大，通常母线电容放电时间需要几分钟才能完成。
某些应用场合，要求加速停机后母线电容的放电速度。如所示，现有做法通常是在母线上加一个功率开关和一个放电电阻R3，通过一个控制单元对开关进行控制。该放电方法虽然加快了母线电容的放电速度，但是，采用该方法进行母线电容放电不但增加了系统额外的器件和成本，同时，由于系统元件数量的变多，降低了整机的可靠性。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，提供一种变换器母线电容快速放电方法，克服现有技术存在的放电速度慢、系统须增加放电元件导致整机可靠性降低的缺陷。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种变换器母线电容快速放电方法，所述变换器包括母线电容、控制器和由开关管构成的变换桥臂，所述桥臂为两电平桥臂或三电平桥臂，桥臂的相数为单相、二相或三相，每相桥臂的开关管包括上管和下管；其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S1、所述控制器检测放电指令，有检测指令进入下一步，无检测指令继续检测；
S2、所述控制器向至少一相所述桥臂的上管和下管发送脉冲驱动信号， 并控制其他相的开关管始终关闭；
所述脉冲驱动信号周期为T，在该周期的T0～T4的各期间内：
在T0～T1区间，该驱动信号控制同一相桥臂的所述上管导通、所述下管关闭；
在T1～T2区间，该驱动信号控制同一相桥臂的所述上管关闭、所述下管关闭；
在T2～T3区间，该驱动信号控制同一相桥臂的所述上管关闭、所述下管导通；
在T3～T4区间，该驱动信号控制同一相桥臂的所述上管关闭、所述下管关闭；
或在该周期的T0～T4的各期间内：
在T0～T1区间，该驱动信号控制同一相桥臂的所述下管导通、所述上管关闭；
在T1～T2区间，该驱动信号控制同一相桥臂的所述下管关闭、所述上管关闭；
在T2～T3区间，该驱动信号控制同一相桥臂的所述下管关闭、所述上管导通；
在T3～T4区间，该驱动信号控制同一相桥臂的所述下管关闭、所述上管关闭；
S3、所述控制器检测所述母线电容两端电压，当该电压小于预设电压阈值，执行下一步骤；当该电压大于等于该预设电压阈值，继续执行步骤S2；
S4、所有开关管停止动作，放电结束。
在本发明的变换器母线电容快速放电方法中，所述控制器向一相所述桥臂的上管A和下管A发送脉冲驱动信号；在步骤S2中，在所述周期T的T0～T4的各期间内：
在T0～T1区间，所述驱动信号控制该上管A导通、控制该下管A关闭；
在T1～T2区间，所述驱动信号控制该上管A关闭、控制该下管A关闭；
在T2～T3区间，所述驱动信号控制该上管A关闭、控制该下管A导通；
在T3～T4区间，所述驱动信号控制该上管A关闭、控制该下管A关闭；
或在所述周期T的T0～T4的各期间内：
在T0～T1区间，所述驱动信号控制该下管A导通、控制该上管A关闭；
在T1～T2区间，所述驱动信号控制该下管A关闭、控制该上管A关闭；
在T2～T3区间，所述驱动信号控制该下管A关闭、控制该上管A导通；
在T3～T4区间，所述驱动信号控制该下管A关闭、控制该上管A关闭。
在本发明的变换器母线电容快速放电方法中，所述控制器向两相所述桥臂的上、下管发送脉冲驱动信号，其中，第一桥臂包括上管A和下管A，第二桥臂包括上管B和下管B；在步骤S2中，在所述周期T的T0～T4的各期间内：
在T0～T1区间，所述驱动信号控制该上管A、上管B导通、控制该下管A、下管B关闭；
在T1～T2区间，所述驱动信号控制该上管A、上管B关闭、控制该下管A、下管B关闭；
在T2～T3区间，所述驱动信号控制该上管A、上管B关闭、控制该下管A、下管B导通；
在T3～T4区间，所述驱动信号控制该上管A、上管B关闭、控制该下管A、下管B关闭；
或在所述周期T的T0～T4的各期间内：
在T0～T1区间，所述驱动信号控制该下管A、下管B导通、控制该上管A、上管B关闭；
在T1～T2区间，所述驱动信号控制该下管A、下管B关闭、控制该上管A、上管B关闭；
在T2～T3区间，所述驱动信号控制该下管A、下管B关闭、控制该上管A、上管B导通；
在T3～T4区间，所述驱动信号控制该下管A、下管B关闭、控制该上管A、上管B关闭。
在本发明的变换器母线电容快速放电方法中，所述控制器向三相所述桥臂 的上、下管发送脉冲驱动信号，其中，第一桥臂包括上管A和下管A，第二桥臂包括上管B和下管B，第三桥臂包括上管C和下管C；在步骤S2中，在所述周期T的T0～T4的各期间内：
在T0～T1区间，所述驱动信号控制该上管A、上管B、上管C导通、控制该下管A、下管B、下管C关闭；
在T1～T2区间，所述驱动信号控制该上管A、上管B、上管C导关闭、控制该下管A、下管B、下管C关闭；
在T2～T3区间，所述驱动信号控制该上管A、上管B、上管C导关闭、控制该下管A、下管B、下管C导通；
在T3～T4区间，所述驱动信号控制该上管A、上管B、上管C导关闭、控制该下管A、下管B、下管C关闭；
或在所述周期T的T0～T4的各期间内：
在T0～T1区间，所述驱动信号控制该下管A、下管B、下管C导通、控制该上管A、上管B、上管C关闭；
在T1～T2区间，所述驱动信号控制该下管A、下管B、下管C关闭、控制该上管A、上管B、上管C关闭；
在T2～T3区间，所述驱动信号控制该下管A、下管B、下管C关闭、控制该上管A、上管B、上管C导通；
在T3～T4区间，所述驱动信号控制该下管A、下管B、下管C关闭、控制该上管A、上管B、上管C关闭。
在本发明的变换器母线电容快速放电方法中，所述桥臂为包括上管、下管、连接该上管、下管相连接端与所述母线电容的中位开关管的T字形三电平结构桥臂；
在步骤S2中，所述控制器控制所述桥臂的中位开关管始终处于关闭状态。
实施本发明的变换器母线电容快速放电方法，与现有技术比较，其有益效果是：
1.放电速度提高，大大缩短了母线电容的放电时间；实验证明，使用本发明的方法，母线电容从500伏放电至0伏仅需50秒，使用现有放电方法，母线电容从500伏开始放电，经200秒后母线电容电压 尚有80伏左右，完全放电至0伏还需更多时间；
2.使用本发明的放电方法，系统无需增加任何硬件，系统可靠性高，成本低；
3.放电时，其输出电压不会对负载产生任何影响，安全可靠。
附图说明
图1是现有大功率电力电子设备的变换电路拓扑图。
图2是现有母线电容放电的拓扑图。
图3是现有三相两电平半桥变换电路拓扑图。
图4是本发明变换器母线电容快速放电方法实施例一的波形图。
图5是本发明变换器母线电容快速放电方法实施例二的波形图。
图6是本发明变换器母线电容快速放电方法实施例三的波形图。
图7是本发明变换器母线电容快速放电方法实施例四的波形图。
图8是T字形三电平变换电路拓扑。
图9是I字形三电平变换电路拓扑。
具体实施方式
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
实施例一
如图3所示的三相两电平半桥变换电路，变换器包括母线电容C、控制器和三个两电平桥臂：A相桥臂、B相桥臂和C相桥臂，A相桥臂的开关管包括上管SU1和下管Sd1，B相桥臂的开关管包括上管SU2和下管Sd2，C相桥臂的开关管包括上管SU3和下管Sd3。
如图3、图4所示，本实施例的变换器母线电容快速放电方法包括如下步骤：
1、控制器检测放电指令，当检测到有检测指令时进入下一步，未检测到指令继续进行检测。
2、控制器向A相、B相、C相桥臂的上管SU1、SU2、SU3和下管Sd1、Sd2、Sd3发送脉冲驱动信号，该脉冲驱动信号周期为T，开关频率为1/T，在该周期T的T0～T4的各期间内：
在T0～T1区间，驱动信号控制上管SU1、SU2、SU3导通，控制下管Sd1、 Sd2、Sd3关闭。
在T1～T2区间，驱动信号控制上管SU1、SU2、SU3关闭，控制下管Sd1、Sd2、Sd3关闭。
在T2～T3区间，驱动信号控制上管SU1、SU2、SU3关闭，控制下管Sd1、Sd2、Sd3导通。
在T3～T4区间，驱动信号控制上管SU1、SU2、SU3关闭，控制下管Sd1、Sd2、Sd3关闭。
3、控制器检测母线电容C两端电压，当该电压小于预设电压阈值时，执行下一步骤；当该电压大于等于预设电压阈值时，继续执行步骤2。
4、所有开关管停止动作，放电结束。
由于三相桥臂的上管或下管同时动作，所以，其输出电压并不会对负载产生任何影响；同时由于三相桥臂同时动作，桥臂中也不会产生电流，开关管可以以非常高的频率动作，加速放电。
如图8所示，在其他实施例中，变换器的桥臂可以采用包括上管P、下管N、连接该上管P、下管N相连接端与母线电容的中位开关管O、中位开关管U的T字形三电平电路拓扑结构桥臂。此时，在上述步骤2中，控制器向该桥臂的中位开关管O、中位开关管U发送驱动信号控制该中位开关管中位开关管O、中位开关管U处于关闭状态即可。
在其他实施例中，变换器的桥臂可以采用如图9所示I字形三电平电路拓扑，也能够实现本发明目的。
在其他实施例中，变换器的桥臂可以采用单相桥臂，桥臂可以包括一个上管、一个下管，也可以包括两个或多个上管、两个或多个下管。
在其他实施例中，变换器的桥臂也可以采用由两个桥臂构成的双相桥臂，每个桥臂可以分别包括一个上管、一个下管，也可以包括两个或多个上管、两个或多个下管。
在本实施例中，控制器可预设采样周期T1来检测母线电容C两端电压，采样周期T1大于脉冲驱动信号周期T。在其他实施例中，采样周期T1可以小于或等于脉冲驱动信号周期T。
实施例二
如图3、图5所示，本实施例的变换器母线电容快速放电方法与实施例一基本相同，区别是：
在周期T的T0～T4的各期间内：
在T0～T1区间，驱动信号控制下管Sd1、Sd2、Sd3导通、控制上管SU1、SU2、SU3关闭。
在T1～T2区间，驱动信号控制下管Sd1、Sd2、Sd3关闭、控制上管SU1、SU2、SU3关闭。
在T2～T3区间，驱动信号控制下管Sd1、Sd2、Sd3关闭、控制上管SU1、SU2、SU3导通。
在T3～T4区间，驱动信号控制下管Sd1、Sd2、Sd3关闭、控制上管SU1、SU2、SU3关闭。
实施例三
如图3、图6所示，本实施例的变换器母线电容快速放电方法包括如下步骤：
1、控制器检测放电指令，当检测到有检测指令时进入下一步，未检测到检测指令时继续进行检测。
2、控制器向A相与B相桥臂的上管SU1、SU2和下管Sd1、Sd2发送脉冲驱动信号，该脉冲驱动信号周期为T，开关频率为1/T，在该周期T的T0～T4的各期间内：驱动信号控制C相桥臂的上、下管Su3、Sd3始终保持关闭。
在T0～T1区间，驱动信号控制上管SU1、SU2导通，控制下管Sd1、Sd2关闭。
在T1～T2区间，驱动信号控制上管SU1、SU2关闭，控制下管Sd1、Sd2关闭。
在T2～T3区间，驱动信号控制上管SU1、SU2关闭，控制下管Sd1、Sd2导通。
在T3～T4区间，驱动信号控制上管SU1、SU2关闭，控制下管Sd1、Sd2关闭。
控制器可以控制B相与C相桥臂的上、下管如上同时动作、控制A相桥臂的上、下管始终关闭，控制器也可以控制A相与C相桥臂的上、下管如上同时动作、控制B相桥臂的上、下管始终关闭，均能够实现本发明目的。
由于是两相桥臂的上管或下管同时动作，所以其输出电压并不会对负载产生任何影响；同时由于两相桥臂同时动作，桥臂中也不会产生电流，同样可以以很高的开关频率进行开关放电。
3、控制器检测母线电容C两端电压，当该电压小于预设电压阈值时，执行下一步骤；当该电压大于等于预设电压阈值时，继续执行步骤2。
4、所有开关管停止动作，放电结束。
实施例四
如图3、图7所示，本实施例的变换器母线电容快速放电方法包括如下步骤：
1、控制器检测放电指令，当检测到有检测指令时进入下一步，未检测到指令继续进行检测。
2、控制器向A相桥臂的上管SU1和下管Sd1发送脉冲驱动信号，该脉冲驱动信号周期为T，开关频率为1/T，在该周期T的T0～T4的各期间内：驱动信号控制B相、C相桥臂的上、下管Su2、Sd2、Su3、Sd3始终保持关闭。
在T0～T1区间，驱动信号控制上管SU1导通，控制下管Sd1关闭。
在T1～T2区间，驱动信号控制上管SU1关闭，控制下管Sd1关闭。
在T2～T3区间，驱动信号控制上管SU1关闭，控制下管Sd1导通。
在T3～T4区间，驱动信号控制上管SU1关闭，控制下管Sd1关闭。
控制器可以控制B相桥臂的上、下管如上所述同时动作、控制A相、C相桥臂的上、下管始终关闭，控制器也可以控制C相桥臂的上、下管如上所述同时动作、控制A相、B相桥臂的上、下管始终关闭，均能够实现本发明目的。
由于是一个桥臂的上管或下管同时动作，其他两个桥臂的上下管始终保持关闭，所以各桥臂中都不会产生电流，同样可以以很高的开关频率进行开关放电。
3、控制器检测母线电容C两端电压，当该电压小于预设电压阈值时，执行下一步骤；当该电压大于等于预设电压阈值时，继续执行步骤2。
4、所有开关管停止动作，放电结束。

Claims (5)

1.一种变换器母线电容快速放电方法，所述变换器包括母线电容、控制器和由开关管构成的变换桥臂，所述桥臂为两电平桥臂或三电平桥臂，桥臂的相数为单相、二相或三相，每相桥臂的开关管包括上管和下管；其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S1、所述控制器检测放电指令，有检测指令进入下一步，无检测指令继续检测；
S2、所述控制器向至少一相所述桥臂的上管和下管发送脉冲驱动信号，并控制其他相的开关管始终关闭；
所述脉冲驱动信号周期为T，在该周期的T0～T4的各期间内：
在T0～T1区间，该驱动信号控制同一相桥臂的所述上管导通、所述下管关闭；
在T1～T2区间，该驱动信号控制同一相桥臂的所述上管关闭、所述下管关闭；
在T2～T3区间，该驱动信号控制同一相桥臂的所述上管关闭、所述下管导通；
在T3～T4区间，该驱动信号控制同一相桥臂的所述上管关闭、所述下管关闭；
或在该周期的T0～T4的各期间内：
在T0～T1区间，该驱动信号控制同一相桥臂的所述下管导通、所述上管关闭；
在T1～T2区间，该驱动信号控制同一相桥臂的所述下管关闭、所述上管关闭；
在T2～T3区间，该驱动信号控制同一相桥臂的所述下管关闭、所述上管导通；
在T3～T4区间，该驱动信号控制同一相桥臂的所述下管关闭、所述上管关闭；
S3、所述控制器检测所述母线电容两端电压，当该电压小于预设电压阈值，执行下一步骤；当该电压大于等于该预设电压阈值，继续执行步骤S2；
S4、所有开关管停止动作，放电结束。
2.如权利要求1所述的变换器母线电容快速放电方法，其特征在于，所述控制器向一相所述桥臂的上管A和下管A发送脉冲驱动信号；在步骤S2中，在所述周期T的T0～T4的各期间内：
在T0～T1区间，所述驱动信号控制该上管A导通、控制该下管A关闭；
在T1～T2区间，所述驱动信号控制该上管A关闭、控制该下管A关闭；
在T2～T3区间，所述驱动信号控制该上管A关闭、控制该下管A导通；
在T3～T4区间，所述驱动信号控制该上管A关闭、控制该下管A关闭；
或在所述周期T的T0～T4的各期间内：
在T0～T1区间，所述驱动信号控制该下管A导通、控制该上管A关闭；
在T1～T2区间，所述驱动信号控制该下管A关闭、控制该上管A关闭；
在T2～T3区间，所述驱动信号控制该下管A关闭、控制该上管A导通；
在T3～T4区间，所述驱动信号控制该下管A关闭、控制该上管A关闭。
3.如权利要求1所述的变换器母线电容快速放电方法，其特征在于，所述控制器向两相所述桥臂的上、下管发送脉冲驱动信号，其中，第一桥臂包括上管A和下管A，第二桥臂包括上管B和下管B；在步骤S2中，在所述周期T的T0～T4的各期间内：
在T0～T1区间，所述驱动信号控制该上管A、上管B导通、控制该下管A、下管B关闭；
在T1～T2区间，所述驱动信号控制该上管A、上管B关闭、控制该下管A、下管B关闭；
在T2～T3区间，所述驱动信号控制该上管A、上管B关闭、控制该下管A、下管B导通；
在T3～T4区间，所述驱动信号控制该上管A、上管B关闭、控制该下管A、下管B关闭；
或在所述周期T的T0～T4的各期间内：
在T0～T1区间，所述驱动信号控制该下管A、下管B导通、控制该上管A、上管B关闭；
在T1～T2区间，所述驱动信号控制该下管A、下管B关闭、控制该上管A、上管B关闭；
在T2～T3区间，所述驱动信号控制该下管A、下管B关闭、控制该上管A、上管B导通；
在T3～T4区间，所述驱动信号控制该下管A、下管B关闭、控制该上管A、上管B关闭。
4.如权利要求1所述的变换器母线电容快速放电方法，其特征在于，所述控制器向三相所述桥臂的上、下管发送脉冲驱动信号，其中，第一桥臂包括上管A和下管A，第二桥臂包括上管B和下管B，第三桥臂包括上管C和下管C；在步骤S2中，在所述周期T的T0～T4的各期间内：
在T0～T1区间，所述驱动信号控制该上管A、上管B、上管C导通、控制该下管A、下管B、下管C关闭；
在T1～T2区间，所述驱动信号控制该上管A、上管B、上管C导关闭、控制该下管A、下管B、下管C关闭；
在T2～T3区间，所述驱动信号控制该上管A、上管B、上管C导关闭、控制该下管A、下管B、下管C导通；
在T3～T4区间，所述驱动信号控制该上管A、上管B、上管C导关闭、控制该下管A、下管B、下管C关闭；
或在所述周期T的T0～T4的各期间内：
在T0～T1区间，所述驱动信号控制该下管A、下管B、下管C导通、控制该上管A、上管B、上管C关闭；
在T1～T2区间，所述驱动信号控制该下管A、下管B、下管C关闭、控制该上管A、上管B、上管C关闭；
在T2～T3区间，所述驱动信号控制该下管A、下管B、下管C关闭、控制该上管A、上管B、上管C导通；
在T3～T4区间，所述驱动信号控制该下管A、下管B、下管C关闭、控制该上管A、上管B、上管C关闭。
5.如权利要求1至4之一所述的变换器母线电容快速放电方法，其特征在于，所述桥臂为包括上管、下管、连接该上管、下管相连接端与所述母线电容的中位开关管的T字形三电平结构桥臂；
在步骤S2中，所述控制器控制所述桥臂的中位开关管始终处于关闭状态。
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