CN105207458A - 换流器装置 - Google Patents

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Abstract

提供了一种换流器装置。该换流器装置包括：第一整流器(10)，其具有AC输入和DC输出，该DC输出具有两个DC输出电极；电容(C)，其被连接在第一整流器(10)的DC输出电极之间；第二整流器(20)，其具有AC输入和DC输出，该AC输入具有两个AC输入电极，该DC输出具有两个DC输出电极，其中，第二整流器的DC输出被连接在第一整流器(10)的DC输出电极之间；以及磁放大器(30)，其包括至少一个控制绕组(L2)和至少一个AC绕组(L11、L12)，其中，磁放大器的至少一个控制绕组被连接在第一整流器(10)的DC输出电极之间，并且其中，磁放大器(30)的至少一个AC绕组(L2)与第二整流器(20)的AC输入串联连接。

Description

换流器装置
技术领域
本发明涉及换流器装置，以及用于对换流器装置的电容进行充电的方法。
背景技术
换流器(例如整流器或组合式整流器/逆变器)可以具有被连接在其DC(直流)电极之间的电容。整流器的一个示例是二极管电桥，其从例如作为50Hz或60HzAC(交流)网络的AC源获得其供给。然后，该整流器可以经由DC链路对例如一个或更多个逆变器或其它负载进行馈电。
在将整流器连接到AC网络之前会需要对连接在整流器的DC电极之间的电容进行充电，以避免连接时的电流浪涌。这样的电流浪涌可触发例如对系统的保护或干扰馈电AC网络。可以将连接在整流器的DC电极之间的电容充电直到或接近电容的正常工作值。例如，电容的这样的正常工作值可以对应于AC网络的全波整流电压。
可以通过使用AC网络的相中的一个或更多个相对电阻器进行充电的方式来实现连接在整流器的DC电极之间的电容的这样的充电。与这样的充电电阻器的使用有关的问题是需要根据具体情况来确定它们的大小。特别地，需要考虑要求频繁充电的循环使用。另外，这样的充电电阻器在充电期间会导致相当大的损耗。
对连接在整流器的DC电极之间的电容进行充电的另一种可能是通过使用半导体来实现充电。与利用半导体的实现有关的问题是解决方案可能会变得复杂而昂贵，因为需要根据可能很高的瞬时充电电流值来确定所使用的半导体的大小。
发明内容
本发明的目的是提供一种方法以及用于实现该方法的设备，以解决以上问题或至少减轻以上问题。通过以独立权利要求中所陈述的内容为特征的换流器装置和方法来实现本发明的目的。在从属权利要求中描述了本发明的优选实施方式。
本发明基于以下思想：使用第二整流器和磁放大器，以对连接在整流器的DC电极之间的电容进行充电。
本发明的解决方案提供了以下优势：能够以较小的损耗和简单的结构对连接在整流器的DC电极之间的电容进行充电。
附图说明
现在将结合优选实施方式并且参考附图来更详细地说明本发明，其中：
图1示出了根据实施方式的换流器系统的电路图。
具体实施方式
本发明的应用不局限于任何特定的系统，而是它可以被应用于各种换流器系统。另外，本发明的使用不局限于利用特定的基本频率的任何系统或者不局限于任何特定的电压水平。
图1示出了根据示例性实施方式的换流器装置的主电路的电路图。应当注意的是，该图仅仅图示出对于理解本发明来说必要的部件。各种部件的数量可以与图中所示出的数量不同。示例性换流器装置包括具有AC输入和DC输出的第一整流器10。虽然第一整流器10可以是任何类型的整流器，但是在图1的示例中第一整流器10是三相整流器，其具有三个AC输入电极和两个DC输出电极。第一整流器10可以是例如如图1的示例中所示的通过六个二极管的电桥连接实现的二极管整流器。可以存在被连接至第一整流器10的AC输入的输入滤波器F，例如，该滤波器可以是L滤波器或LCL滤波器。在图1的示例中，换流器装置包括在第一整流器10的AC输入与AC供给之间的第一开关装置K1，其使得第一整流器10的AC输入能够被连接到AC供给或者与AC供给断开。在图1的示例中，AC供给是三相AC供给，但是相的数量可以变化。示例性换流器装置还包括被连接在第一整流器10的DC输出电极之间的电容C。虽然在图1的示例中电容C位于第一整流器10内部，但是它也可以位于第一整流器10外部。电容C可以包括一个或更多个电容器。在电容包括多于一个电容器的情况下，这些电容器可以位于分开的位置。例如，一些电容器可以位于可能由第一整流器10供给的诸如逆变器(未示出)的装置内部。
图1的换流器装置还包括充电电路，该充电电路包括具有AC输入和DC输出的第二整流器20，其中，AC输入具有两个AC输入电极，DC输出具有两个DC输出电极。第二整流器20的DC输出被连接在第一整流器10的DC输出电极之间，即，第二整流器20的正DC输出电极被连接至第一整流器10的正DC输出电极，并且第二整流器20的负DC输出电极被连接至第一整流器10的负DC输出电极。第二整流器20可以是任何类型的整流器，如可以用例如二极管实现的全波整流器。图1的换流器装置的充电电路还包括磁放大器30，其包括至少一个控制绕组L2和至少一个AC绕组L11、L12。在图1的示例中，磁放大器30包括彼此并联连接的两个AC绕组L11、L12。根据实施方式，这两个AC绕组L11、L12并联连接，使得它们的极性就像图1的示例中所示的那样彼此相反。根据实施方式，磁放大器30的至少一个控制绕组L2被连接在第一整流器10的DC输出电极之间。根据实施方式，换流器装置包括电阻Rm，电阻Rm被连接在磁放大器的至少一个控制绕组L2与第一整流器10的DC输出电极中的一个DC输出电极之间。这在图1的示例中被示出，其中，磁放大器30的控制绕组L2被连接在第一整流器10的DC输出电极之间，使得在控制绕组L2与第一整流器10的正DC输出电极之间存在电阻Rm。可能的电阻Rm的合适的值取决于系统并且可以变化。此外，根据实施方式，磁放大器30的至少一个AC绕组L11、L12与第二整流器20的AC输入串联连接。从而，在图1的示例中，磁放大器30的两个并联连接的AC绕组L11、L12与第二整流器20的AC输入串联连接。在图1的示例中，换流器装置还包括第二开关装置K2，其在磁放大器30的至少一个AC绕组L11、L12和第二整流器20的AC输入的串联连接的端电极与AC供给的端电极之间，其中第二开关装置K2使得该串联连接能够被连接至AC供给或与AC供给断开。如图中所示，在AC电源与第二开关装置K2之间还可以存在一个或更多个保险丝。
根据实施方式，可以通过以下操作来进行换流器装置的电容C的充电：在AC供给的两个电极之间连接磁放大器30的至少一个AC绕组L11、L12和第二整流器20的AC输入的串联连接。在图1的示例中，这可以通过将第二开关装置K2控制成是导通的(ON)，从而串联连接的端电极被连接至AC供给的两个相极来完成。优选地，在对换流器装置的电容C进行充电期间断开第一整流器10。在图1的示例中，这可以通过将第一开关装置K1控制成是非导通的(OFF)来完成。
磁放大器30进行工作，使得AC绕组L11、L12的电流能够被经过控制绕组L2的直流电流控制。当经过控制绕组L2的电流为零时，AC绕组L11、L12的阻抗是高的。当经过控制绕组L2的电流开始升高时，AC绕组L11、L12开始允许电流以通过饱和而确定的相位角切割经过它们。在图1的示例中，由此能够以受控方式通过AC绕组L11、L12将来自AC供给的电压连接至第二整流器20。第二整流器20进而对供给的AC电压进行整流，并且为连接在第一整流器10的DC输出电极之间的电容C提供经整流的DC电压。在图1的示例中，经由电阻Rm向控制绕组L2馈送来自第一整流器10的DC输出电极的电流。当第二开关装置K2被控制成是导通的(ON)并因此充电开始时，电容C的电压起初基本上为零，从而，AC绕组L11、L12的阻抗是高的。AC绕组L11、L12的该阻抗优选地被装置成初始充电电流所需的合适的值。当电容C的电压开始升高时，经过控制绕组L2的电流也开始升高，并且AC绕组L11、L12的阻抗开始减小。这使得即使在来自AC供给的整流电压与电容C的电压之差减小，充电事件更线性。根据实施方式，当电容C的电压达到预定阈值时，可以停止充电。在图1的示例中，这能够通过将第二开关装置K2控制成是非导通的(OFF)来完成。充电后，能够接通第一整流器10。在图1的示例中，这能够通过将第一开关装置K1控制成是导通的(ON)来完成。
根据实施方式，可以用可控半导体开关，例如IGBT(绝缘栅双极晶体管)或者相应的限流元件或装置来替代被连接在磁放大器的至少一个控制绕组L2与第一整流器10的DC输出电极中的一个输出电极之间的电阻Rm。利用可控半导体开关，能够更准确地控制电容C的充电电流。
根据实施方式，换流器装置的操作员可以手动控制第一开关装置K1和/或第二开关装置K2。也可以自动执行对第一开关装置K1和/或第二开关装置K2的控制。为此，可以设置被配置成控制开关装置K1、K2的控制装置40。例如，这样的控制装置40或相应的实体可以是例如第一整流器10或第二整流器20的一部分、或者单独的装置。这样的控制装置40或相应的实体还可以控制可能的可控半导体开关，并由此控制充电。还能够使用用于执行本发明的控制功能的另外的逻辑或物理单元(未示出)或者单独的逻辑或物理单元。
根据实施方式中的任一实施方式或其组合的控制装置40能够被实现为一个单元或者实现为两个或更多个单独的单元，这两个或更多个单独的单元被配置成实现各个实施方式的功能。在这里，术语“单元”一般指物理实体或逻辑实体，例如物理装置或其一部分或者软件例程。例如，可以至少部分地通过一个或更多个计算机或者设置有合适的软件的相应的数字信号处理(DSP)设备来实现根据实施方式中的任一实施方式的控制装置40。这样的计算机或数字信号处理设备优选地至少包括为算数运算提供存储区域的工作存储器(RAM)、以及诸如通用数字信号处理器的中央处理单元(CPU)。CPU可以包括一组寄存器、算数逻辑单元以及CPU控制单元。通过从RAM传送至CPU的一系列程序指令来控制CPU控制单元。CPU控制单元可以包含用于基本操作的许多微指令。微指令的实现可根据CPU设计而不同。可以用编程语言对程序指令进行编码，其中该编程语言可以是高级编程语言(如C、Java等)，或者是低级编程语言(如机器语言或汇编语言)。计算机还可以具有可向编写有程序指令的计算机程序提供系统服务的操作系统。实现本发明或其一部分的计算机或其它设备还可以包括例如用于接收测量数据和/或控制数据的合适的输入装置、以及例如用于输出控制数据的输出装置。还能够使用模拟电路、可编程逻辑器件(PLD)或者分立的电气部件和装置来实现根据实施方式中的任一实施方式的功能。例如，可以至少部分地通过这样的模拟电路或可编程逻辑器件来实现根据实施方式中的任一实施方式的控制装置40。
可以在现有的系统元件中实现本发明，或者通过以集中方式或分布方式使用单独的专用元件或装置来实现本发明。例如，当前的换流器装置可以包括或者能够被用于根据本发明的实施方式的功能的可编程逻辑器件、处理器和存储器。因此，在现有的换流器中实现实施方式所需的所有修改和配置例如可以被实现为软件例程，其中软件例程可以被实现为添加或更新的软件例程。如果本发明的至少一部分功能由软件实现，则这样的软件能够被设置成包含计算机程序代码的计算机程序产品，当该计算机程序产品在计算机上运行时，会使得计算机或相应的装置执行如上所述的根据本发明的功能。这样的计算机程序代码可以被存储或一般被具体化在计算机可读介质上，诸如合适的存储器，例如闪存或光存储器，该计算机程序代码能够从该合适的存储器加载到执行程序代码的一个或多个单元。另外，例如，经由合适的数据网络可以将实现本发明的这样的计算机程序代码加载到执行计算机程序代码的一个或多个单元，并且这样的计算机程序代码可以替换或更新可能的现有程序代码。
对于本领域的技术人员来说显而易见的是，随着技术进步，可以采用多种方式来实现本发明的基本思想。因此，本发明及其实施方式不局限于上述示例，而是可以在权利要求的范围内变化。

Claims (10)

1.一种换流器装置，包括：
第一整流器(10)，其具有交流输入和直流输出，所述直流输出具有两个直流输出电极；
电容(C)，其被连接在所述第一整流器(10)的所述直流输出电极之间；
第二整流器(20)，其具有交流输入和直流输出，所述交流输入具有两个交流输入电极，所述直流输出具有两个直流输出电极，其中，所述第二整流器的所述直流输出被连接在所述第一整流器(10)的所述直流输出电极之间；以及
磁放大器(30)，其包括至少一个控制绕组(L2)和至少一个交流绕组(L11、L12)，其中，经过所述至少一个交流绕组(L11、L12)的交流电流能够被经过所述至少一个控制绕组(L2)的直流电流控制，并且其中，所述磁放大器的所述至少一个控制绕组被连接在所述第一整流器(10)的所述直流输出电极之间，
其中，所述磁放大器(30)的所述至少一个交流绕组(L11、L12)与所述第二整流器(20)的所述交流输入串联连接。
2.根据权利要求1所述的换流器装置，包括电阻(Rm)，其被连接在所述磁放大器(30)的所述至少一个控制绕组(L2)与所述第一整流器(10)的所述直流输出电极中的一个直流输出电极之间。
3.根据权利要求1所述的换流器装置，包括可控半导体开关，其被连接在所述磁放大器(30)的所述至少一个控制绕组(L2)与所述第一整流器(10)的所述直流输出电极中的一个直流输出电极之间。
4.根据权利要求1、2或3所述的换流器装置，其中，所述磁放大器(30)包括彼此并联连接的两个交流绕组(L11、L12)。
5.根据权利要求1、2或3所述的换流器装置，其中，所述磁放大器(30)包括一个控制绕组(L2)。
6.根据权利要求1、2或3所述的换流器装置，其中，所述电容(C)包括一个或更多个电容器。
7.根据权利要求1、2或3所述的换流器装置，其中，所述第一整流器(10)是具有三个交流输入电极的三相整流器。
8.根据权利要求1、2或3所述的换流器装置，其中，所述第二整流器(20)是全波整流器。
9.根据权利要求1、2或3所述的换流器装置，其中，所述第一整流器(10)和/或所述第二整流器(20)是二极管整流器。
10.一种用于对根据权利要求1至9中的任一权利要求所述的换流器装置的电容进行充电的方法，所述方法包括：
在交流电源的两个电极之间连接所述磁放大器(30)的所述至少一个交流绕组(L11、L12)与所述第二整流器(20)的所述交流输入的串联连接。
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