CN109873558B - 一种变流器预充电和加热电路及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种变流器预充电和加热电路，包括：第一接触器的第一侧的三相端通过熔断器接入三相电，并分别通过第一电阻、第二电阻和第三电阻与第三接触器的第一侧和第二接触器的第一侧连接；第一接触器的第二侧与第二接触器的第二侧连接，并通过滤波器与IGBT模块的输入端连接；第一电阻、第二电阻和第三电阻均安装在IGBT模块的底板上；第三接触器的第二侧的三相端短接；第一接触器与第三接触器软件互锁；第二接触器与第三接触器硬件互锁。本申请利用接触器进行电路转换可以实现电阻复用，从而减少电路中电阻的数量以减少故障点。本申请还公开了一种变流器预充电和加热电路的控制方法，同样具有上述有益效果。

Description

一种变流器预充电和加热电路及其控制方法

技术领域

本申请涉及变流器技术领域，特别涉及一种变流器预充电和加热电路及其控制方法。

背景技术

随着电力电子等相关技术的发展和进步，变流器在风力发电等领域中得到了广泛的应用，发挥着电力变换的重要作用。

变流器的应用电路中一般都包括预充电电路和加热电路。预充电电路用于对变流器中IGBT模块的直流母线预先进行充电，并且，为了保障电路的平稳启动，现有技术中一般采用两相交流软起方式。加热电路用于在IGBT模块工作之前对其进行加热，一般被封装成加热器安装在IGBT模块背部，以便防止对温度比较敏感的IGBT模块在低温下无法正常工作。

现有技术中变流器的预充电和加热电路的结构示意图如图1所示。其中，A相和C相交流电分别串联有作为软起电阻的电阻r1和r2，构成了直流母线的预充电电路，在接触器k1闭合时对IGBT模块的直流母线进行预充电，实现软启动。当母线电压升至目标电压时，可以闭合接触器k2，并断开接触器k1，结束预充电过程。电阻r3为加热电路中所有加热电阻的等效电阻，在接触器k3闭合时对IGBT模块进行加热。

可见，现有技术中的预充电电路和加热电路相互独立，预充电电路中的电阻作为软起电阻，用于预充电；而加热电路中的电阻作为加热电阻，用于加热。因此，整个电路结构复杂，电阻总数较多，故障点因而也较多。

由此可见，采用何种变流器的预充电和加热电路及其控制方法，以便减少电路中电阻的使用进而减少故障点，是本领域技术人员所亟待解决的技术问题。

发明内容

本申请的目的在于提供一种变流器预充电和加热电路及其控制方法，以便有效地减少电路中电阻的使用进而减少故障点。

为解决上述技术问题，本申请提供一种变流器预充电和加热电路，包括：熔断器、第一接触器、第二接触器、第三接触器、滤波器、第一电阻、第二电阻、第三电阻和IGBT模块；

其中，所述第一接触器的第一侧的三相端通过所述熔断器接入三相电，并分别通过所述第一电阻、所述第二电阻和所述第三电阻与所述第三接触器的第一侧和所述第二接触器的第一侧连接；

所述第一接触器的第二侧与所述第二接触器的第二侧连接，并通过所述滤波器与所述IGBT模块的输入端连接；所述第一电阻、所述第二电阻和所述第三电阻均安装在所述IGBT模块的底板上，以便用于对所述IGBT模块进行加热；

所述第三接触器的第二侧的三相端短接；

所述第一接触器与所述第三接触器软件互锁；所述第二接触器与所述第三接触器硬件互锁。

优选地，还包括第一断路器和第二断路器；

所述第一接触器的第一侧的三相端通过所述第一断路器分别与所述第一电阻、所述第二电阻和所述第三电阻连接；所述第一接触器的第二侧通过所述第二断路器与所述第二接触器的第二侧连接。

优选地，所述第一电阻、所述第二电阻和所述第三电阻的阻值相等。

优选地，所述滤波器为LCL滤波器。

优选地，所述LCL滤波器还包括磁环，用于消除高次谐波。

优选地，所述三相电为690V。

优选地，还包括：

多个电阻分别与所述第一电阻、所述第二电阻和所述第三电阻并联；所述多个电阻均安装在所述IGBT模块的底板上，以便用于对所述IGBT模块进行加热。

优选地，所述多个电阻分别与所述第一电阻、所述第二电阻和所述第三电阻并联包括：

数目相等的多个电阻分别与所述第一电阻、所述第二电阻和所述第三电阻并联；

所述多个电阻的阻值均相等。

本申请还提供了一种变流器预充电和加热电路的控制方法，应用于如上任一种变流器预充电和加热电路，包括：

获取工作环境参数；

判断所述工作环境参数是否满足预设工作环境条件；

若否，则向所述第三接触器发送闭合指令，以便对所述IGBT模块进行加热；并继续执行所述判断是否满足预设工作环境条件的后续步骤；

若是，则向所述第二接触器发送闭合指令，以便对所述IGBT模块的直流母线进行预充电。

优选地，还包括：

在所述向所述第二接触器发送闭合指令之后，接收传感器检测并发送的母线电压；

判断所述母线电压是否大于预设电压阈值；

若是，则向所述第二接触器发送断开指令、向所述第一接触器发送闭合指令，以便结束对所述直流母线的预充电。

本申请所提供的变流器预充电和加热电路包括：熔断器、第一接触器、第二接触器、第三接触器、滤波器、第一电阻、第二电阻、第三电阻和IGBT模块；其中，所述第一接触器的第一侧的三相端通过所述熔断器接入三相电，并分别通过所述第一电阻、所述第二电阻和所述第三电阻与所述第三接触器的第一侧和所述第二接触器的第一侧连接；所述第一接触器的第二侧与所述第二接触器的第二侧连接，并通过所述滤波器与所述IGBT模块的输入端连接；所述第一电阻、所述第二电阻和所述第三电阻均安装在所述IGBT模块的底板上，以便用于对所述IGBT模块进行加热；所述第三接触器的第二侧的三相端短接；所述第一接触器与所述第三接触器软件互锁；所述第二接触器与所述第三接触器硬件互锁。

可见，本申请所提供的变流器预充电和加热电路，利用接触器在不同应用需要下对电路结构进行改变，通过电阻的复用设计，使得电路中的电阻既可以作为预充电电路的软起电阻，也可以作为加热电路的加热电阻，因而可以有效地减少电路中电阻的数量，进而减少可能出现的故障点，提高电路的安全性能。本申请所提供的变流器预充电和加热电路的控制方法可以应用于上述变流器预充电和加热电路，同样具有上述有益效果。

附图说明

为了更清楚地说明现有技术和本申请实施例中的技术方案，下面将对现有技术和本申请实施例描述中需要使用的附图作简要的介绍。当然，下面有关本申请实施例的附图描述的仅仅是本申请中的一部分实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图，所获得的其他附图也属于本申请的保护范围。

图1为现有技术中所提供的一种变流器预充电和加热电路的结构示意图；

图2为本申请实施例所提供的一种变流器预充电和加热电路的结构示意图；

图3为本申请实施例所提供的又一种变流器预充电和加热电路的结构示意图；

图4为本申请实施例所提供的一种变流器预充电和加热电路控制方法的流程图。

具体实施方式

本申请的核心在于提供一种变流器预充电和加热电路及其控制方法，以便有效地减少电路中电阻的使用进而减少故障点。

为了对本申请实施例中的技术方案进行更加清楚、完整地描述，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行介绍。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

请参阅图2，图2为本申请所提供的一种变流器预充电和加热电路的结构示意图；包括熔断器F、第一接触器K1、第二接触器K2、第三接触器K3、滤波器、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和IGBT模块；

其中，第一接触器K1的第一侧的三相端通过熔断器F接入三相电，并分别通过第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3与第三接触器K3的第一侧和第二接触器K2的第一侧连接；

第一接触器K1的第二侧与第二接触器K2的第二侧连接，并通过滤波器与IGBT模块的输入端连接；第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3均安装在IGBT模块的底板上，以便用于对IGBT模块进行加热；

第三接触器K3的第二侧的三相端短接；

第一接触器K1与第三接触器K3软件互锁；第二接触器K2与第三接触器K3硬件互锁。

具体地，本申请实施例所提供的变流器预充电和加热电路，将现有技术中相互独立的预充电电路和加热电路巧妙地进行了结合，第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3不仅是加热电路中的加热电阻，同时也复用为预充电电路中的软起电阻。通过合理地控制电路中的各个接触器的闭合，即可实现对IGBT模块的加热或者预充电控制。

需要说明的是，对于本申请附图中的各个接触器，其1、3和5端为其第一侧的三相端，其2、4和6端为其第二侧的三相端。

如图2所示，当只有第三接触器K3闭合时，第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3以“Y型”连接方式接入三相电路中，因而可以实现对IGBT模块的加热。当只有第二接触器K2闭合时，三相电流一路流经第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3至第二接触器K2，然后经滤波器流入IGBT功率模块，串联入回路中的第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3实现预充电电路的软启动，保障启动过程平稳进行。当直流母线的母线电压上升至一定程度时，即可通过关闭第二接触器K2来结束预充电，同时并可以打开第一接触器K1，令变流器正式进行工作。

这里所说的第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3分别位于三相电的A相、B相和C相中，但是，需要说明的是，本申请实施例对电路中电阻的数量和具体的阻值并不进行限定，本领域技术人员可以根据实际的加热功率等需要自行选择并设计多个串并联的电阻，并合理设置其阻值。

需要说明的是，根据图2可知，当第二接触器K2和第三接触器K3同时闭合时，将出现电路短路的严重故障，所以必须将两者硬件互锁，以防止短路发生。同时，当在断开第二接触器K2的情况下闭合第一接触器K1时，为了避免第三接触器K3闭合，可令第一接触器K1与第三接触器K3软件互锁。

还需补充的是，在变流器中所使用的滤波器一般均为带有电感的滤波器，以便在实现滤波的同时利用电感元件的泵升作用对直流母线进行充电。具体地，该滤波器可以为LC滤波器、LCL滤波器或者LCR滤波器，本申请实施例对此并不进行限定，本领域技术人员可自行选择并设计实现。

可见，本申请所提供的变流器预充电和加热电路，利用接触器在不同应用需要下对电路结构进行改变，通过电阻的复用设计，使得电路中的电阻既可以作为预充电电路的软起电阻，也可以作为加热电路的加热电阻，因而可以有效地减少电路中电阻的数量，进而减少可能出现的故障点，提高电路的安全性能。

本申请所提供的变流器预充电和加热电路，在上述实施例的基础上：

作为一种优选实施例，还包括第一断路器Q1和第二断路器Q2；请参考图3，图3为本申请实施例所提供的又一种变流器预充电和加热电路的结构示意图；

第一接触器K1的第一侧的三相端通过第一断路器Q1分别与第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3连接；第一接触器K1的第二侧通过第二断路器Q2与第二接触器K2的第二侧连接。

具体地，为了对变流器进行保护，可以在电路中设置第一断路器Q1和第二断路器Q2。当断路器跳闸时，说明电路发生故障。

作为一种优选实施例，第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3的阻值相等。

具体地，第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3分别接入三相电的A相、B相和C相中，当三者阻值相等时，可有效保障三相电流相等，由此可避免三相电流不平衡对IGBT模块的不良影响。

作为一种优选实施例，滤波器为LCL滤波器。

具体地，由于电网阻抗的不确定性，LC滤波器或者LCR滤波器有时难以获得理想的滤波效果；此外，LCR滤波器中为了抑制谐振而加入的阻尼电阻还会增加系统的损耗。而LCL滤波器能够克服由于电网阻抗的不确定性而降低滤波效果的这一缺点，可以在较低的开关频率下获得比LC滤波器和LCR滤波器更优异的性能。

作为一种优选实施例，LCL滤波器还包括磁环，用于消除高次谐波。

具体地，磁环可以消除交流电中的高次谐波，有利于电路状态的稳定并防止波形畸变。

作为一种优选实施例，三相电为690V。

具体地，采用高输入电压有利于扩展变流器的输出和适用范围。

作为一种优选实施例，还包括：

多个电阻分别与第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3并联；多个电阻均安装在IGBT模块的底板上，以便用于对IGBT模块进行加热。

如前所述，根据电路中的实际需要，可以灵活设置电路中电阻的数量。将多个电阻均安装在IGBT模块的底板上，并接入电路中，使其可以为IGBT模块进行加热。

作为一种优选实施例，多个电阻分别与第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3并联包括：

数目相等的多个电阻分别与第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3并联；

多个电阻的阻值均相等。

类似地，为了确保三相电流平衡，应当保证三相电路中的总阻值均相等。因此，可将阻值和数量相等的多个电阻分别与第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3并联。当然，串联的方案也是可行的，只要保证总阻值相等，均能保障三相电流的平衡，从而避免对电路的不良影响。

下面对本申请实施例所提供的变流器预充电和加热电路的控制方法进行介绍。

请参考图4，图4为本申请实施例所提供的一种变流器预充电和加热电路控制方法的流程图，应用于上述实施例所介绍的变流器预充电和加热电路，主要包括以下步骤：

步骤1：获取工作环境参数。

步骤2：判断所述工作环境参数是否满足预设工作环境条件；若否，进入步骤3；若是，进入步骤4。

具体地，由于在低温下会影响IGBT模块的工作性能，因此，在变流器工作之前，控制元件需要先对当前工作环境参数进行判断。所说的控制元件，具体可采用DSP或者PLC等；所说的工作环境参数，除了温度以外还可以包括湿度等其他参数指标，并可以通过相应的传感器采集获取，并且可由本领域技术人员根据实际应用情况自行选择并预先设置对应的预设工作环境条件，本申请实施例对此并不进行限定。

步骤3：向第三接触器K3发送闭合指令，以便对IGBT模块进行加热；并进入步骤1。

具体地，当经过步骤2判定当前不满足预设工作环境条件后，此时需要对IGBT模块进行加热。则控制元件可向第三接触器K3发送闭合指令，令电路中的电阻作为加热电阻以“Y型”连接方式接入IGBT模块的加热电电路中，对IGBT模块进行加热。

步骤4：向第二接触器K2发送闭合指令，以便对IGBT模块的直流母线进行预充电。

当经过步骤2判定当前满足预设工作环境条件后，此时即可进行预充电，则控制元件可向第二接触器K2发送闭合指令，令电路中的电阻作为软起电阻串联入IGBT模块的预充电电路中，对IGBT模块的直流母线进行预充电。

可见，本申请实施例所提供的变流器预充电和加热电路的控制方法中，通过控制电路中各个接触器的闭合，在不同应用需要下对电路结构进行改变，利用电阻的复用设计，使得电路中的电阻既可以作为预充电电路的软起电阻，也可以作为加热电路的加热电阻，因而可以有效地减少电路中电阻的数量，进而减少可能出现的故障点，提高电路的安全性能。

本申请所提供的变流器预充电和加热电路的控制方法，在上述实施例的基础上：

作为一种优选实施例，还包括：

在所述向所述第二接触器K2发送闭合指令之后，接收传感器检测并发送的母线电压；

判断所述母线电压是否大于预设电压阈值；

若是，则向所述第二接触器K2发送断开指令、向所述第一接触器K1发送闭合指令，以便结束对所述直流母线的预充电。

具体地，当预充电可以结束时，还可以自行进行电路的切换，将电路由预充电状态切换到正常工作状态。预充电是否可以结束的判断标准为母线电压大于预设电压阈值，这里所说的预设电压阈值可由本领域技术人员自行选择并设置，本申请实施例对此并不进行限定。

本申请所提供的变流器预充电和加热电路的控制方法的具体实施方式与上文所描述的变流器预充电和加热电路可相互对应参照，这里就不再赘述。

本申请中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

还需说明的是，在本申请文件中，诸如“第一”和“第二”之类的关系术语，仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或者操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或者操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。此外，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上对本申请所提供的技术方案进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种变流器预充电和加热电路，其特征在于，包括熔断器、第一接触器、第二接触器、第三接触器、滤波器、第一电阻、第二电阻、第三电阻和IGBT模块；

其中，所述第一接触器的第一侧的三相端通过所述熔断器接入三相电，并分别通过所述第一电阻、所述第二电阻和所述第三电阻与所述第三接触器的第一侧和所述第二接触器的第一侧连接；

所述第一接触器的第二侧与所述第二接触器的第二侧连接，并通过所述滤波器与所述IGBT模块的输入端连接；所述第一电阻、所述第二电阻和所述第三电阻均安装在所述IGBT模块的底板上，以便用于对所述IGBT模块进行加热；

所述第三接触器的第二侧的三相端短接；

所述第一接触器与所述第三接触器软件互锁；所述第二接触器与所述第三接触器硬件互锁。

2.根据权利要求1所述的变流器预充电和加热电路，其特征在于，还包括第一断路器和第二断路器；

所述第一接触器的第一侧的三相端通过所述第一断路器分别与所述第一电阻、所述第二电阻和所述第三电阻连接；所述第一接触器的第二侧通过所述第二断路器与所述第二接触器的第二侧连接。

3.根据权利要求1所述的变流器预充电和加热电路，其特征在于，所述第一电阻、所述第二电阻和所述第三电阻的阻值相等。

4.根据权利要求1所述的变流器预充电和加热电路，其特征在于，所述滤波器为LCL滤波器。

5.根据权利要求4所述的变流器预充电和加热电路，其特征在于，所述LCL滤波器还包括磁环，用于消除高次谐波。

6.根据权利要求1所述的变流器预充电和加热电路，其特征在于，所述三相电为690V。

7.根据权利要求1至6任一项所述的变流器预充电和加热电路，其特征在于，还包括：

多个电阻分别与所述第一电阻、所述第二电阻和所述第三电阻并联；所述多个电阻均安装在所述IGBT模块的底板上，以便用于对所述IGBT模块进行加热。

8.根据权利要求7所述的变流器预充电和加热电路，其特征在于，所述多个电阻分别与所述第一电阻、所述第二电阻和所述第三电阻并联包括：

数目相等的多个电阻分别与所述第一电阻、所述第二电阻和所述第三电阻并联；

所述多个电阻的阻值均相等。

9.一种变流器预充电和加热电路的控制方法，应用于如权利要求1至8任一项所述的变流器预充电和加热电路，其特征在于，包括：

获取工作环境参数；

判断所述工作环境参数是否满足预设工作环境条件；

若否，则向所述第三接触器发送闭合指令，以便对所述IGBT模块进行加热；并继续执行所述判断是否满足预设工作环境条件的后续步骤；

若是，则向所述第二接触器发送闭合指令，以便对所述IGBT模块的直流母线进行预充电。

10.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于，还包括：

在所述向所述第二接触器发送闭合指令之后，接收传感器检测并发送的母线电压；

判断所述母线电压是否大于预设电压阈值；

若是，则向所述第二接触器发送断开指令、向所述第一接触器发送闭合指令，以便结束对所述直流母线的预充电。

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