CN117060752B - 一种用于pwm整流器的交流预充电控制电路及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于PWM整流器的交流预充电控制电路及方法，通过在电路中设置交流断路器、接触器、整流模块、第一电容、IGBT模块、滤波模块与控制器连接，控制器检测到交流电压后，闭合接触器，交流电压经过整流模块处理给直流侧第一电容充电，第一电容两端电压大于交流侧电压时，控制器接收到接触器的反馈信号由1变为0，控制器向IGBT模块发送驱动信号，经过与IGBT模块连接的滤波模块滤波成正弦波电压；控制器检测到交流断路器两端的电压相位相同时，控制器向交流断路器发送闭合信号，控制器接收到交流断路器的反馈信号由0变为1时，控制器停止给IGBT发送驱动信号，降低交流电容带来的电流冲击，提升了交流断路器的使用寿命。

Description

一种用于PWM整流器的交流预充电控制电路及方法

技术领域

本发明属于交流预充电技术领域，尤其涉及一种用于PWM整流器的交流预充电控制电路及方法。

背景技术

PWM整流器交流侧有LC或LCL滤波器，交流侧电容在交流侧电压闭合时，产生一个电流冲击，电流冲击会影响交流电容的使用寿命，同时也会影响交流端断路器的使用寿命。针对该问题通常采用预充电方式降低电流冲击，一方面，预充电方案通过预充电接触器、整流桥和电阻给直流侧电容充电，待直流侧电容充满电后，再闭合交流侧断路器，断开预充电接触器；交流断路器闭合后，交流电压直接加到交流电容上，产生电流冲击，影响交流侧断路器及交流侧电容的使用寿命。另一方面，预充电方案还通过预充电接触器、整流桥和电阻给直流侧电容充电，待直流侧电容充满电后，给定IGBT驱动信号，待交流断路器两端电压相位一致时，闭合交流侧断路器，断开预充电接触器；给定IGBT驱动信号后，带着预充电电阻工作，预充电电阻上产生压降，直流侧电压低于交流侧电压，逆变后的交流电压低于交流侧电压，闭合交流断路器时也会产生冲击电流。

因此，亟需提供一种有效减小交流侧电容带来的电流冲击的交流预充电控制电路。

发明内容

有鉴于此，发明提供了一种减小交流断路器闭合给交流侧电容带来的冲击和电路结构简单的用于PWM整流器的交流预充电控制电路及方法。来解决上述存在的技术问题，具体采用以下技术方案来实现。

第一方面，本发明提供了一种用于PWM整流器的交流预充电控制电路，所述交流预充电控制电路包括控制器、交流断路器、滤波模块、IGBT模块、第一电容、接触器和整流模块，所述交流断路器、所述滤波模块、所述IGBT模块、所述第一电容、所述接触器、所述整流模块与所述控制器连接，所述交流断路器与所述滤波模块连接，所述滤波模块与所述IGBT模块连接，所述交流断路器与所述接触器连接，所述接触器与所述整流模块连接，所述整流模块与所述IGBT模块、所述第一电容连接，所述IGBT模块与所述第一电容连接，其中，交流侧电压通过闭合所述接触器并经过所述整流模块给所述第一电容充电；

当所述第一电容的充电电压大于所述交流侧电压时，断开所述接触器，所述控制器检测到所述接触器的反馈信号由1变为0时，所述控制器给所述IGBT模块发送驱动信号并经过所述滤波模块形成正弦波电压；

当所述控制器检测到所述交流断路器两端的电压相位相同时，所述电压相位对应的幅值小于预设电压，所述控制器向所述交流断路器发送闭合信号，所述控制器接收到所述交流断路器的反馈信号由0变为1时，所述控制器停止给所述IGBT模块发送驱动信号以完成预充电。

作为上述技术方案的进一步改进，所述滤波模块包括第一电感、第二电容和第二电感，所述第二电容连接至所述第一电感和所述第二电感之间，或者，所述滤波模块包括第一电感和第二电容，所述第二电容连接至所述第一电感和所述交流断路器之间；

所述第一电感与所述IGBT模块连接，所述第二电感与所述交流断路器、所述控制器连接。

作为上述技术方案的进一步改进，所述IGBT模块包括六个并联的单管IGBT或者三个并联的双管IGBT，所述第一电感中的每一相电感连接至两个单管IGBT或者一个双管IGBT之间。

作为上述技术方案的进一步改进，所述第二电容呈三角形排列或者星形连接。

作为上述技术方案的进一步改进，所述交流预充电控制电路还包括电阻，所述电阻一端与所述整流模块连接，所述电阻另一端连接所述IGBT模块、所述第一电容、所述控制器。

作为上述技术方案的进一步改进，所述整流模块为整流桥，所述第一电容为直流侧电容。

作为上述技术方案的进一步改进，所述控制器上设置有分别与所述接触器、所述交流断路器对应的第一开关、第二开关。

第二方面，本发明还提供了一种用于PWM整流器的交流预充电控制方法，包括以下步骤：

闭合接触器将交流侧电压经过整流模块处理给第一电容充电；

判断所述第一电容的充电电压大于所述交流侧电压时，断开所述接触器，控制器检测到所述接触器的反馈信号由1变为0时，所述控制器给所述IGBT模块发送驱动信号并经过滤波模块形成正弦波电压；

当所述控制器检测到所述交流断路器两端的电压相位相同时，所述电压相位对应的幅值小于预设电压，所述控制器向所述交流断路器发送闭合信号；

所述控制器接收到所述交流断路器的反馈信号由0变为1时，所述控制器停止给所述IGBT模块发送驱动信号以完成预充电。

本发明提供了一种用于PWM整流器的交流预充电控制电路及方法，通过在电路中设置交流断路器、接触器、整流模块、第一电容、IGBT模块、滤波模块与控制器连接，交流侧电压先通过闭合接触器，再经过整流模块处理后给直流侧第一电容充电，待直流侧第一电容两端电压大于交流侧电压时，断开接触器，当控制器接收到接触器的反馈信号由1变为0时，控制器向IGBT模块发送驱动信号，经过与IGBT模块连接的滤波模块滤波成正弦波电压；控制器检测到交流断路器两端的电压相位相同时，幅值差小于20V时，控制器向交流断路器发送闭合信号，控制器接收到交流断路器的反馈信号由0变为1时，控制器停止给IGBT发送驱动信号，可以有效降低交流断路器闭合给滤波模块中的交流电容带来的电流冲击，电路结构简单，也提升了交流断路器的使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明的用于PWM整流器的交流预充电控制电路的结构框图；

图2为本发明的用于PWM整流器的交流预充电控制电路的原理图；

图3为本发明的用于PWM整流器的交流预充电控制方法的流程图。

主要元件符号说明如下：

100-控制器；110-交流断路器；120-滤波模块；130-IGBT模块；140-第一电容；150-接触器；160-整流模块；170-第一电感；180-第二电容；190-第二电感；200-电阻；210-第一开关；220-第二开关。

实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

参阅图1和图2，本发明提供了一种用于PWM整流器的交流预充电控制电路，所述交流预充电控制电路包括控制器100、交流断路器110、滤波模块120、IGBT模块130、第一电容140、接触器150和整流模块160，所述交流断路器110、所述滤波模块120、所述IGBT模块130、所述第一电容140、所述接触器150、所述整流模块160与所述控制器100连接，所述交流断路器110与所述滤波模块120连接，所述滤波模块120与所述IGBT模块130连接，所述交流断路器110与所述接触器150连接，所述接触器150与所述整流模块160连接，所述整流模块160与所述IGBT模块130、所述第一电容140连接，所述IGBT模块130与所述第一电容140连接，其中，交流侧电压通过闭合所述接触器150并经过所述整流模块160给所述第一电容140充电；

当所述第一电容140的充电电压大于所述交流侧电压时，断开所述接触器150，所述控制器100检测到所述接触器150的反馈信号由1变为0时，所述控制器100给所述IGBT模块130发送驱动信号并经过所述滤波模块120形成正弦波电压；

当所述控制器100检测到所述交流断路器110两端的电压相位相同时，所述电压相位对应的幅值小于预设电压，所述控制器100向所述交流断路器110发送闭合信号，所述控制器100接收到所述交流断路器110的反馈信号由0变为1时，所述控制器100停止给所述IGBT模块130发送驱动信号以完成预充电。

本实施例中，所述滤波模块120包括第一电感170、第二电容180和第二电感190，所述第二电容180连接至所述第一电感170和所述第二电感190之间，或者，所述滤波模块120包括第一电感170和第二电容180，所述第二电容180连接至所述第一电感170和所述交流断路器110之间；所述第一电感170与所述IGBT模块130连接，所述第二电感190与所述交流断路器110、所述控制器100连接。所述IGBT模块130包括六个并联的单管IGBT或者三个并联的双管IGBT，所述第一电感170中的每一相电感连接至两个单管IGBT或者一个双管IGBT之间，所述第二电容180呈三角形排列或者星形连接，所述交流预充电控制电路还包括电阻200，所述电阻200一端与所述整流模块160连接，所述电阻200另一端连接所述IGBT模块130、所述第一电容140、所述控制器100。所述整流模块160为整流桥，所述第一电容140为直流侧电容，所述控制器100上设置有分别与所述接触器150、所述交流断路器110对应的第一开关210、第二开关220。接触器150为交流接触器可以使触头闭合以达到控制负载的电器。交流断路器110在电路中起的作用为接通和开断线路，并执行线路保护，它能够关合、承载和开断正常回路条件下的电流并能关合、在规定的时间内承载和开断异常回路条件下的电流的开关装置，断路器通常由触头系统、灭弧系统、操作机构、脱扣器、外壳等构成。IGBT模块130是由绝缘栅双极型晶体管芯片与续流二极管芯片通过特定的电路桥接封装而成的模块化半导体产品，封装后的IGBT模块130可直接应用于变频器、UPS不间断电源等设备上。本发明中的IGBT主要由六个单管IGBT并联或三个双管IGBT，控制器100上设置的第一开关210、第二开关220可以看作是开关电路或者按键模块等，方便对应控制交流断路器110或接触器150。

需要说明的是，整流模块160为整流桥，整流桥通常由四个或者四个以上的二极管在内部焊接组成桥式整流结构，起到整流的作用，可以将输入交流电压转换为输出直流电压，经过整流桥直接整流过的电压还不够平滑，还需要滤波进行电压修正，在整流桥的输出端接入电阻，整流桥位于接触器150和稳压电阻200之间，可以尽可能减小脉动的直流电压中的交流成分，保留其直流成分，使输出电压纹波系数降低，波形变得比较平滑，从而获得稳定的电压。直流输出电压连接第一电容140和IGBT模块130，直流侧第一电容140开始充电使得第一电容140两端的电压升高。控制器100可以是单片机或MCU等，当控制器100检测到直流侧的第一电容140记为C2电压大于交流侧电压时，断开接触器150记为KM1，当控制器100检测到接触器KM1的反馈信号由1变为0后，即接触器150由闭合转变为断开的工作状态，控制器100给IGBT模块130发送驱动信号，经过滤波模块120处理变成正弦滤波电压，滤波模块120由第一电感170记为L1、第二电容180记为C1和第二电感190记为L2组成的滤波器即呈LCL滤波结构。当控制器100检测到交流断路器110记为QF1前后两端的电压相位相同时，幅值差小于预设电压时，预设电压为20V，控制器100给定交流断路器110闭合信号；当控制器100接收到交流断路器110的反馈信号由0变为1时，即交流断路器110的工作状态由断开变为闭合，控制器100停止给IGBT模块130发送驱动信号以完成预充电。

应理解，通过在电路中设置交流断路器110、接触器150、整流模块160、第一电容140、IGBT模块130、滤波模块120与控制器100连接，交流侧电压先通过闭合接触器150，再经过整流模块160处理后给直流侧第一电容140充电，待直流侧第一电容140两端电压大于交流侧电压时，断开接触器150，当控制器100接收到接触器150的反馈信号由1变为0时，控制器100向IGBT模块130发送驱动信号，经过与IGBT模块130连接的滤波模块120滤波成正弦波电压；控制器检测到交流断路器两端的电压相位相同时，幅值差小于20V时，控制器100向交流断路器110发送闭合信号，控制器100接收到交流断路器110的反馈信号由0变为1时，控制器100停止给IGBT发送驱动信号，可以有效降低滤波模块120中的交流电容带来的电流冲击，电路结构简单，也提升了交流断路器110的使用寿命。

参阅图3，本发明还提供了一种用于PWM整流器的交流预充电控制方法，包括以下步骤：

S1：闭合接触器将交流侧电压经过整流模块处理给第一电容充电；

S2：判断所述第一电容的充电电压大于所述交流侧电压时，断开所述接触器，控制器检测到所述接触器的反馈信号由1变为0时，所述控制器给所述IGBT模块发送驱动信号并经过滤波模块形成正弦波电压；

S3：当所述控制器检测到所述交流断路器两端的电压相位相同时，所述电压相位对应的幅值小于预设电压，所述控制器向所述交流断路器发送闭合信号；

S4：所述控制器接收到所述交流断路器的反馈信号由0变为1时，所述控制器停止给所述IGBT模块发送驱动信号以完成预充电。

本实施例中，先闭合交流侧的接触器记为KM1，经过整流模块记为VD1和电阻记为R1给直流侧的第一电容记为C2充电，整流模块为整流桥可以将交流电压整流为直流电压，整流模块与电阻记为R1连接，电阻R1可以作为预充电电阻，电阻R1可以是稳压电阻且在一定程度上具有滤波作用。第一电容两端电压大于交流侧电压时，具体的，直流侧电容C2电压大于交流侧电压的1.35倍，断开接触器KM1，当控制器检测到接触器KM1的反馈信号后为1变为0后，给IGBT VT1-VT3发送驱动信号，经过L1、C1、L2组成的滤波器后，变成正弦波电压。当控制器检测到交流断路器QF1前后两端的电压相位相同，幅值差小于20V时，控制器给定交流断路器QF1闭合信号，当控制器接收到交流断路器QF1的反馈信号由0变1时，控制器停止给IGBT VT1-VT3发送驱动信号，预充电完成。

需要说明的是，IGBT由六个IGBT单管并联组成，每两个IGBT单管可以记为IGBTVT，则IGBT模块记为IGBT VT1、IGBT VT2和IGBT VT3。滤波模块由由第一电感记为L1、第二电容记为C1和第二电感记为L2组成的滤波器即呈LCL滤波结构即滤波器，第二电容位于交流侧，第一电容位于直流侧，第一电感和第二电感均包含三个并联电感，第一电容与第二电容结构不同，第二电容呈三角形且每个电容位于三角形每个边上。本发明提供的用于PWM整流器的交流预充电控制方法，可以减小交流断路器闭合给交流侧电容带来的冲击，同时预充电电阻的功率及阻值选型不需要考虑IGBT工作产生的压降，选型比较简单，也提升了交流断路器的使用寿命。

在这里示出和描述的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制，因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种用于PWM整流器的交流预充电控制电路，其特征在于，所述交流预充电控制电路包括控制器、交流断路器、滤波模块、IGBT模块、第一电容、接触器和整流模块，所述交流断路器、所述滤波模块、所述IGBT模块、所述第一电容、所述接触器、所述整流模块与所述控制器连接，所述交流断路器与所述滤波模块连接，所述滤波模块与所述IGBT模块连接，所述交流断路器与所述接触器连接，所述接触器与所述整流模块连接，所述整流模块与所述IGBT模块、所述第一电容连接，所述IGBT模块与所述第一电容连接，其中，交流侧电压通过闭合所述接触器并经过所述整流模块给所述第一电容充电；

当所述第一电容的充电电压大于所述交流侧电压时，断开所述接触器，所述控制器检测到所述接触器的反馈信号由1变为0时，所述控制器给所述IGBT模块发送驱动信号并经过所述滤波模块形成正弦波电压；

当所述控制器检测到所述交流断路器两端的电压相位相同时，所述电压相位对应的幅值小于预设电压，所述控制器向所述交流断路器发送闭合信号，所述控制器接收到所述交流断路器的反馈信号由0变为1时，所述控制器停止给所述IGBT模块发送驱动信号以完成预充电；

其中，所述滤波模块包括第一电感、第二电容和第二电感，所述第二电容连接至所述第一电感和所述第二电感之间，或者，所述滤波模块包括第一电感和第二电容，所述第二电容连接至所述第一电感和所述交流断路器之间；

所述第一电感与所述IGBT模块连接，所述第二电感与所述交流断路器、所述控制器连接；

所述IGBT模块包括六个并联的单管IGBT或者三个并联的双管IGBT，所述第一电感中的每一相电感连接至两个单管IGBT或者一个双管IGBT之间；

所述控制器上设置有分别与所述接触器、所述交流断路器对应的第一开关、第二开关，第一开关、第二开关为开关电路或者按键模块，用于对应控制交流断路器或接触器。

2.根据权利要求1所述的用于PWM整流器的交流预充电控制电路，其特征在于，所述第二电容呈三角形排列或者星形连接。

3.根据权利要求1所述的用于PWM整流器的交流预充电控制电路，其特征在于，所述交流预充电控制电路还包括电阻，所述电阻一端与所述整流模块连接，所述电阻另一端连接所述IGBT模块、所述第一电容、所述控制器。

4.根据权利要求3所述的用于PWM整流器的交流预充电控制电路，其特征在于，所述整流模块为整流桥，所述第一电容为直流侧电容。

5.一种根据权利要求1-4任一项所述的用于PWM整流器的交流预充电控制电路的用于PWM整流器的交流预充电控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

闭合接触器将交流侧电压经过整流模块处理给第一电容充电；

判断所述第一电容的充电电压大于所述交流侧电压时，断开所述接触器，控制器检测到所述接触器的反馈信号由1变为0时，所述控制器给所述IGBT模块发送驱动信号并经过滤波模块形成正弦波电压；

当所述控制器检测到所述交流断路器两端的电压相位相同时，所述电压相位对应的幅值小于预设电压，所述控制器向所述交流断路器发送闭合信号；

所述控制器接收到所述交流断路器的反馈信号由0变为1时，所述控制器停止给所述IGBT模块发送驱动信号以完成预充电。