CN110651407B - 功率转换装置 - Google Patents

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Abstract

本发明一实施例的功率转换装置的特征在于，包括：DC链路电容，通过从电源部供给的直流电源进行充电；保险丝部，与所述电源部的输出端连接，切断从所述电源部输出或向所述电源部供给的第一切断大小以上的电流；继电器部，具有第一继电器和第二继电器，所述第一继电器连接所述保险丝部的正端子和所述DC链路电容的正端子，所述第二继电器连接所述保险丝部的负端子和所述DC链路电容的负端子；初始充电部，与所述第一继电器并联连接，利用从所述电源部供给的直流电源来给所述DC链路电容充电；以及功率转换部，若所述DC链路电容被充电，则将从所述电源部供给的直流电源转换为交流电源，并向负载端供给。

Description

功率转换装置
技术领域
本发明涉及功率转换装置，更详细地说，涉及通过保险丝和继电器的保护协调来切断过电流的功率转换装置。
背景技术
功率转换装置是将在电池或太阳能电池产生的直流电转换为交流电并向系统和负载供给，或将从系统供给到的交流电转换为直流电并存储于电池的装置。
图1是示出现有的功率转换装置1的图。下面，参照图1对现有的功率转换装置1防止过电流的方法进行具体的说明。
参照图1，现有的功率转换装置1包括电池10、初始充电继电器21、初始充电电阻22、直流断路器(Direct Current Circuit Breaker：DCCB)30、DC链路电容40以及逆变器50。
现有的功率转换装置1通过分别接通或断开初始充电继电器21和直流断路器30，利用电池10的直流电源来对DC链路电容40进行充电。更具体地说，功率转换装置1通过向DC链路电容40供给因初始充电电阻22而减小的电池10的直流电源，来对DC链路电容40进行充电。
接着，现有的功率转换装置1通过分别断开和接通初始充电继电器21和直流断路器30，向逆变器50提供PWM(Pulse Width Modulation：脉冲宽度调制)信号，将电池10的电源转换为交流电源并向负载端60供给。
此时，直流断路器30测量从电池10输出的直流电流的大小，若测量到的电流的大小为规定大小以上，则通过切断该电流来防止过电流供给到负载端60。
但是，在现有的功率转换装置1中使用的直流断路器30，存在尺寸大并且价格非常贵的缺点。不仅如此，大容量功率转换装置1还使用能够自动进行接通/断开动作的直流断路器30，为了控制如上所述的直流断路器30还需要额外设置高价的电动开闭机(MotorOperator)，因此存在整个系统的构建费用提高的问题点。
发明内容
发明要解决的问题
本发明的目的在于，提供一种能够通过用切断特性彼此不同的保险丝和继电器来替代现有的直流断路器，从而减小用于构建电路的成本且减小电路的大小的功率转换装置。
另外，本发明的目的还在于，提供一种能够通过使执行在电源部产生的过电流的切断动作的继电器和执行在负载端产生的过电流的切断动作的继电器互不相同，从而减小继电器的切断次数的功率转换装置。
本发明的目的并不限定于以上提及到的目的，本领域的技术人员能够通过以下的记载明确理解未被提及到的本发明的其他目的和优点，并通过本发明的实施例会进一步清楚理解。另外，通过权利要求书表示的方法以及其组合，能够容易实现本发明的目的和优点
解决课题的技术方案
为了达成这种本发明的目的，本发明一实施例的功率转换装置的特征在于，包括：DC链路电容，通过从电源部供给的直流电源进行充电；保险丝部，与所述电源部的输出端连接，切断从所述电源部输出或向所述电源部供给的第一切断大小以上的电流；继电器部，具有第一继电器和第二继电器，所述第一继电器连接所述保险丝部的正端子和所述DC链路电容的正端子，所述第二继电器连接所述保险丝部的负端子和所述DC链路电容的负端子；初始充电部，与所述第一继电器并联连接，利用从所述电源部供给的直流电源来给所述DC链路电容充电；以及功率转换部，若所述DC链路电容被充电，则将从所述电源部供给的直流电源转换为交流电源，并向负载端供给。
发明效果
根据上述本发明，通过用切断特性彼此不同的保险丝和继电器来替代现有的直流断路器，具有能够减少用于构建电路的成本且减小电路的大小的效果。
另外，根据本发明，通过使执行在电源部产生的过电流的切断动作的继电器和执行在负载端产生的过电流的切断动作的继电器互不相同，具有能够减小继电器的切断次数的效果。
附图说明
图1是示出现有的功率转换装置的图。
图2是本发明一实施例的功率转换装置的概略图。
图3是概略示出图2所示的功率转换装置的结构的图。
图4是图2所示的功率转换装置的电路图。
图5是示出利用从电源部供给到的直流电源来给DC链路电容充电的状态的图。
图6是示出将从电源部供给到的直流电源转换为交流电源并向负载端供给的状态的图。
图7是示出本发明一实施例的保险丝和继电器的切断特性(Time-Current Curve)的曲线。
具体实施方式
下面，参照附图详细说明此前所述的目的、特征以及优点，由此本领域普通技术人员能够容易实施本发明的技术思想。在说明本发明的过程中，当判断为对于与本发明相关的公知技术的具体说明会使本发明的要旨不清楚时，省略对其的详细说明。下面，参照附图对本发明的优选实施例进行详细的说明。在附图中相同的附图标记表示同一或相似的构成要素。
图2是本发明一实施例的功率转换装置100的概略图。参照图2，本发明一实施例的功率转换装置100可包括DC链路电容110、保险丝部120、继电器部130、初始充电部140以及功率转换部150。图2所示的功率转换装置100是根据实施例示出的功率转换装置，其构成要素不限定于图2所示的实施例，可根据需要附加、变更或删除一部分构成要素。
图3是概略示出图2所示的功率转换装置100的结构的图，图4是图2所示的功率转换装置100的电路图。下面，参照图2至图4对功率转换装置100和构成该功率转换装置的各个构成要素进行具体的说明。
参照图3，可通过从电源部210供给到的直流电源来给DC链路电容110充电。电源部210是供给直流电源的单元，可包括电池、燃料电池、太阳能电池等。
DC链路电容110可以以规定大小的电压来存储从电源部210供给到的直流电源，以向后述的功率转换部150供给直流电压。
为此，在DC链路电容110与电源部210之间还可以包括作为升压/降压电路的DC/DC转换器、开关稳压器等。此时，DC链路电容110可以对从DC/DC转换器、开关稳压器等输出的输出电压进行平滑，并存储规定大小的电压。
保险丝部120与电源部210的输出端连接，能够切断从电源部210输出或向电源部210供给的第一切断大小以上的电流。换句话说，当在保险丝部120流动的电流为第一切断大小以上，则保险丝部120能够切断该电流。
在此，第一切断大小可根据保险丝部120的切断特性来确定，关于切断特性，将在后面进行说明。
保险丝部120可包括当规定大小以上的电流流过时因该电流产生的热而断开的一个以上的保险丝。参照图4，保险丝部120可包括与电源部210的正端子(+)串联连接的第一保险丝121以及与电源部210的负端子(-)串联连接的第二保险丝122。
因此，当通过第一保险丝121流动的电流为第一切断大小以上时，第一保险丝121会断开。另外，当通过第二保险丝122流动的电流为第一切断大小以上时，第二保险丝122会断开。
上述第一保险丝121和第二保险丝122可以是DC保险丝或AC保险丝。但是，由于保险丝部120与供给直流电源的电源部210串联连接，从而优选第一保险丝121和第二保险丝122为DC保险丝。
重新参照图4，继电器部130可包括连接保险丝部120的正端子和DC链路电容110的正端子的第一继电器131以及连接保险丝部120的负端子和DC链路电容110的负端子的第二继电器132。
第一继电器131和第二继电器132可在内部包括电磁体(例如，线圈)，所述第一继电器131和第二继电器132可通过在电磁体产生的磁场而成为接通/断开状态。由于电磁体通过从控制模块(未图示)提供的励磁(excitation)信号而产生，从而可通过控制模块来控制构成继电器部130的各个继电器的动作状态。
另一方面，继电器部130可以与控制模块的控制无关地，切断在第一继电器131或第二继电器132流动的第二切断大小以上的电流。
换句话说，若通过第一继电器131流动的电流为第二切断大小以上，则第一继电器131能够切断该电流。另外，若通过第二继电器132流动的电流为第二切断大小以上，则第二继电器132能够切断该电流。
若通过继电器部130流动的电流为第二切断大小以上，则继电器部130能够自动地切断该电流。
在电源部210供给直流电源的情况下，继电器的根据电流方向的切断容量和切断次数会受限制。因此，本发明的第二切断大小可根据继电器的切断容量来决定。
重新参照图4，在后述的初始充电继电器141为断开的状态下，若第一继电器131和第二继电器132中的至少一个继电器为断开状态，则电源部210和DC链路电容110可以分离。
由此，为了减小继电器的切断次数，第一继电器131可以切断从电源部210供给的第二切断大小以上的电流。另一方面，第二继电器132可以切断向电源部210供给的第二切断大小以上的电流，换句话说从负载端220供给到的第二切断大小以上的电流。
换言之，当从电源部210供给到的电流的大小为第二切断大小以上时，可以仅通过第一继电器131来切断电流，当向电源部210供给的电流的大小为第二切断大小以上时，可以仅通过第二继电器132来切断电流。
如上所述，本发明可通过使执行在电源部210产生的过电流的切断动作的继电器和执行在负载端220产生的过电流的切断动作的继电器互不相同，从而能够减小继电器的切断次数。
重新参照图3和图4，初始充电部140可与第一继电器131并联连接，并且可利用从电源部210供给到的直流电源来给DC链路电容110充电。
当DC链路电容110没有被充电时，向负载端220供给的电力会不稳定。因此，初始充电部140可在后述的功率转换部150向负载端220供给电源之前，预先对DC链路电容110进行充电。
图5是示出利用从电源部210供给到的直流电源来给DC链路电容110充电的状态的图。下面，参照图3至图5，对初始充电部140给DC链路电容110充电的过程进行具体的说明。
若第一继电器131为断开状态而第二继电器132为接通状态，则初始充电部140可利用从电源部210供给到的直流电源来给DC链路电容110充电。如此前所述，在DC链路电容110可存储规定大小的电压，在此，规定大小的电压可小于从电源部210供给的直流电压。
因此，如图4所示，初始充电部140可包括限制从电源部210供给的直流电源的初始充电继电器141以及降低从电源部210供给的直流电源的初始充电电阻142。
在此，初始充电继电器141也可以在内部像第一继电器131和第二继电器132一样包括电磁体(例如，线圈)，并且可通过在电磁体产生的磁场来断开/接通。由于电磁体通过从控制模块提供到的励磁信号来产生，因此初始充电继电器141的动作状态可通过控制模块来控制。
在第一继电器131和第二继电器132分别为断开以及接通状态，初始充电继电器141为接通状态，没有对后述的功率转换部150施加电源的情况下，图4所示的电路可以如图5表示。
此时，从电源部210供给的直流电源可通过初始充电电阻142而降低，并施加于DC链路电容110。因此，可通过调节初始充电电阻142的大小来控制施加于DC链路电容110的电压的大小。
重新参照图3和图4，若上述DC链路电容110被充电，则功率转换部150可将从电源部210供给到的直流电源转换为交流电源并向负载端220供给。
如图4所示，功率转换部150可根据控制模块的PWM(Pulse Width Modulation：脉冲宽度调制)控制，将从电压源供给到的直流电源转换为交流电源。为此，功率转换部150可包括根据PWM控制来进行开关动作的多个电开关元件，例如，开关元件可以是IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor：绝缘栅双极晶体管)。
充电到DC链路电容110的直流电压可通过功率转换部150而转换为交流电源并向负载端220供给。在此，负载端220可与使用功率的系统(例如，负载)连接。
图6是示出将从电源部210供给到的直流电源转换为交流电源，并向负载端220供给的状态的图。下面，参照图4和图6，对功率转换部150向负载端220供给交流电源的过程进行具体的说明。
若上述DC链路电容110被充电，则初始充电继电器141可以断开且第一继电器131可以接通。
更详细地说，如图5所示，在DC链路电容110正在充电的情况下，初始充电继电器141可以为接通状态，而第一继电器131为断开状态。
此时，控制模块测量DC链路电容110的电压，当测量到的电压达到规定电压时，可以切断向初始充电继电器141提供的励磁信号，并向第一继电器131提供励磁信号。由此，初始充电继电器141可成为断开状态，而第一继电器131成为接通状态。
若初始充电继电器141成为断开状态，第一继电器131和第二继电器132成为接通状态，则图4所示的电路可以如图6表示。功率转换部150可将存储于DC链路电容110的直流电压转换为三相交流电源并向负载端220供给。
重新参照图4至图6，整理此前所述的内容，首先，通过接通初始充电继电器141和第二继电器132并且断开第一继电器131，来利用从电源部210供给到的直流电源给DC链路电容110充电。
若DC链路电容110被充电，则初始充电继电器141断开，第一继电器131接通，功率转换部150通过PWM开关控制，将从电源部210供给到的直流电源转为交流电源并向负载端220供给。
另一方面，本发明还可以包括AC保险丝部(未图示)，所述AC保险丝部在功率转换部150与负载端220之间串联连接，切断从负载端220供给到的第三切断大小以上的电流。
在此，第三切断大小可根据构成AC保险丝部的各个保险丝的切断特性来决定，关于切断特性，将在后面进行说明。
AC保险丝部可包括一个以上的AC保险丝。更详细地说，AC保险丝部可包括连接在图4所示的功率转换部150的输出端与负载端220之间的三个AC保险丝。
例如，AC保险丝可分别位于连接功率转换部150和负载端220的U相、V相、W相。当流动的交流电流为规定大小以上时，各个AC保险丝会因该电流产生的热而断开。因此，若通过AC保险丝流动的交流电流为第三切断大小以上，则各个AC保险丝会断开。
如此前所述，从电源部210输出的过电流会因保险丝部120和继电器部130而切断，因此AC保险丝部切断的交流电流可以是从负载端供给的过电流。
图7是示出本发明一实施例的保险丝和继电器的切断特性(Time-Current Curve)的曲线。下面，参照图4、图6以及图7，基于保险丝和继电器的切断特性，对保险丝部120和继电器部130切断过电流的过程进行具体的说明。
如此前所述，保险丝部120可以切断第一切断大小以上的电流，继电器部130可以切断第二切断大小以上的电流。此时，第一切断大小可根据保险丝部120的切断特性来决定，第二切断大小可根据继电器部130的切断特性来决定。
参照图7，保险丝和继电器的切断特性可用根据电流大小的切断时间的曲线来表示。参照保险丝和继电器的切断特性曲线，保险丝和继电器切断的电流的大小可以为不恒定。换句话说，此前所述的第一切断大小和第二切断大小可以不是特定的，而是与切断时间对应地变化的大小。
例如，参照继电器的切断特性曲线，当第二切断大小为100A时，继电器可最小用10sec来切断该电流(A1)，当第二切断大小为1000A时，继电器可最小用1sec来切断该电流(A2)。
换句话说，若100A的电流在继电器流动10秒以上，则继电器可切断100A的电流。另外，若1000A的电流在继电器流动1秒以上，则继电器可切断1000A的电流。因此，图7所示的各个切断特性曲线的右上端区域可以为切断区域。
本发明通过将切断特性不同的继电器和保险丝一起使用，可发挥保护协调(protection coordination)的功能。
更具体地说，如图7所示，基于本发明的保险丝和继电器的组合的切断区域，可包括现有的直流断路器(Direct Current Circuit Breaker；DCCB)的所有的切断区域。
因此，本发明不仅可以切断所有被现有的直流断路器切断的区域的电流，而且还可以比现有的直流断路器更快速地切断电流。
如此前所述，若图4中示出的初始充电继电器141为断开状态，第一继电器131和第二继电器132为接通状态，则如图6所示，从电源部210供给的直流电源可转换为交流电源并向负载端220供给。
此时，在串联连接的第一保险丝121和第一继电器131流动的电流的大小可以相同。另外，在串联连接的第二保险丝122和第二继电器132流动的电流的大小可以相同。
因从电源部210输出或从负载端220供给的过电流，而在第一保险丝121和第一继电器131流动100A的电流时，如图7所示，由于继电器的切断时间快于保险丝的切断时间，因此若该电流流动超过10秒，则继电器能够切断该电流(A1)。
与此不同地，因从电源部210输出或从负载端220供给的过电流，而在第一保险丝121和第一继电器131流动1000A的电流时，如图7所示，由于保险丝的切断时间快于继电器的切断时间，因此若该电流流动0.1秒，则保险丝可以切断该电流(B)。
另一方面，如此前所述，第一保险丝12和第一继电器131可以仅切断从电源部210输出的过电流，第二保险丝122和第二继电器132可以仅切断从负载端220输出的过电流。
在此情况下，当从电源部210输出过电流时，仅第一保险丝121和第一继电器131可以发挥上述保护协调的功能。与此不同地，当从负载端220输出过电流时，仅第二保险丝122和第二继电器132可以发挥上述保护协调的功能。
综上，当在负载端220或电源部210发生异常而产生过电流时，可通过继电器部130和保险丝部120的保护协调来实现现有的直流断路器的电流切断动作。
更具体地说，如此前所述，当在电源部210产生过电流时，可通过第一保险丝121和第一继电器131的保护协调来执行电流切断动作，当在负载端220产生过电流时，可通过第二保险丝122和第二继电器132的保护协调来执行电流切断动作。
如上所述，本发明利用切断特性彼此不同的保险丝和继电器来替代现有的直流断路器，由此能够减小用于构建电路的成本且减小电路的大小。
本领域普通技术人员能够在不脱离本发明技术思想的范围内对本发明作出各种置换、变形以及变更，因此本发明不限定于此前所述的实施例和附图。

Claims (7)

1.一种功率转换装置，其中，包括：
DC链路电容，通过从电源部供给的直流电源进行充电；
保险丝部，与所述电源部的输出端连接，切断从所述电源部输出或向所述电源部供给的第一切断大小以上的电流；
继电器部，具有第一继电器和第二继电器，所述第一继电器连接所述保险丝部的正端子和所述DC链路电容的正端子，所述第二继电器连接所述保险丝部的负端子和所述DC链路电容的负端子；
初始充电部，与所述第一继电器并联连接，利用从所述电源部供给的直流电源来给所述DC链路电容充电；以及
功率转换部，若所述DC链路电容被充电，则将从所述电源部供给的直流电源转换为交流电源，并向负载端供给；
所述继电器部切断在所述第一继电器或所述第二继电器流动的第二切断大小以上的电流；
所述第一继电器切断从所述电源部供给的所述第二切断大小以上的电流，
所述第二继电器切断向所述电源部供给的所述第二切断大小以上的电流。
2.根据权利要求1所述的功率转换装置，其中，
所述保险丝部包括：
第一保险丝，与所述电源部的正端子串联连接；以及
第二保险丝，与所述电源部的负端子串联连接。
3.根据权利要求1所述的功率转换装置，其中，
所述第一切断大小根据所述保险丝部的切断特性来决定，
所述第二切断大小根据所述继电器部的切断特性来决定。
4.根据权利要求1所述的功率转换装置，其中，
若所述第一继电器为断开状态而所述第二继电器为接通状态，则所述初始充电部利用从所述电源部供给的直流电源来给所述DC链路电容充电。
5.根据权利要求1所述的功率转换装置，其中，
所述初始充电部包括：
初始充电继电器，限制从所述电源部供给的直流电源；以及
初始充电电阻，降低从所述电源部供给的直流电源。
6.根据权利要求5所述的功率转换装置，其中，
若所述DC链路电容被充电，则所述初始充电继电器断开而所述第一继电器接通。
7.根据权利要求1所述的功率转换装置，其中，
还包括AC保险丝部，所述AC保险丝部串联连接在所述功率转换部与所述负载端之间，并且切断从所述负载端供给的第三切断大小以上的电流。
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