CN1248395C - 高压变频调速器的旁路电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低成本、工作可靠的针对功率模块串联高压变频调速器的旁路电路。它包括并联在高压变频调速器输出侧每一功率模块旁的二极管整流桥和可控硅，以及一预充电电路。所述预充电电路由串联在变频器直流母线与可控硅之间的第一预充电部分和与可控硅并联的第二预充电部分组成。本发明通过预充电电路，使旁路电路中的可控硅在系统刚上电时，可控硅两端的电压即被预充电到直流母线电压值，从而避免在功率模块开关瞬间可控硅因承受超过其耐受能力的dv/dt值而被误导通，造成逆变桥输出侧短路，引起功率模块故障，解决了可控硅耐受dv/dt太高的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种电路，尤指一种功率模块串联高压变频调速器的旁路电路。
背景技术
随着电力电子技术的发展，高压变频调速器的应用日渐广泛。特别是，由功率模块串联构成的高压变频调速系统作为适合中国国情、性能优异的变频器，越来越受到众多变频器生产厂商、科研院所、工程技术人员、用户的青睐，显示了其方兴未艾的前景。这种变频器的详细描述请参见中国申请号为95119585.9和97100477.3的专利申请。如申请号为95119585.9和97100477.3专利申请的图1所示，这种高压变频调速器(简称变频器)由多副边绕组移相变压器、与多副边绕组移相变压器副边相连的多个功率模块单元和控制系统构成。上述多个功率模块单元分成三组，每组中的功率模块单元串联输出三相高压交流电。
所述每个功率模块单元又是由二极管整流桥、逆变桥以及并联在整流桥输出侧直流母线上的大电容、大电阻构成。功率模块单元内的二极管整流桥的功能是将高压、50Hz的交流电先整流成高压直流电，然后，再通过控制构成逆变桥的高压大功率开关管(如IGBT、GTR)的开、关将高压直流电逆变成不同频率的高压交流电，输出。在变频器内部，功率模块单元整流桥和逆变桥之间存在高压直流电，这个高压直流电被逆变桥逆变成不同频率的高压交流电输出。
这种高压变频器在使用过程中，偶尔会出现某个或某几个功率模块发生故障的情况，这时就迫切地需要一旁路电路。当功率模块串联构成的高压变频调速器中单个或几个功率模块发生故障时，可以通过旁路电路将其旁路出系统，而由剩下的功率模块继续给电机供电，从而不影响系统的运行。
目前，国内高压变频器中使用的旁路电路主要有两种。一种是由继电器构成的旁路电路，其缺点是：由于继电器的机械触点有时接触不良或不能准确动作，影响了系统的可靠性。
现在普遍采用的另一种形式的旁路电路如图1所示，它由设置在逆变桥1旁边的单相二极管整流桥2和可控硅3构成。当某个功率模块出现故障时，系统关断逆变桥1，触发可控硅3，使电流通过二极管整流桥2和可控硅3形成的通路流过。但是，这种旁路电路在实际应用中存在一定的问题，即旁路电路不能真正起到旁路故障功率模块的作用。因为它对旁路电路中的二极管和可控硅提出了较高的要求，众所周知，IGBT的开关时间很短，一般在300纳秒左右，现在使用1700V的IGBT，直流母线电压可达到1000V左右，于是IGBT开关时产生的dv/dt将在3000V/us的量级，而可控硅能承受的dv/dt一般在1000us以下。所以，图1所示的电路，在刚上电时，可控硅两端的电压为零，当功率模块(如IGBT)开始正常导通的瞬间，可控硅就会耐受超过其耐受能力的dv/dt。当可控硅的结电容、电路物理阻抗和杂散电抗较小时，将引起可控硅的误导通，从而造成逆变桥输出短路，引起功率模块故障。
可以在图1的U、V处增加限制dv/dt的措施，比如加电感器、电阻等，但是，当功率模块旁路运行时，它们要流过大电流，这样使其功耗大、体积大、成本高。
发明内容
鉴于上述原因，本发明的目的是提供一种工作可靠、功耗低、成本小的高压变频调速器旁路电路。
为实现上述目的，本发明采取以下设计方案：一种高压变频调速器的旁路电路，它包括并联在高压变频调速器输出侧每一功率模块旁的二极管整流桥和可控硅，其特征在于：它还包括一预充电电路，所述预充电电路由串联在变频器直流母线与可控硅之间的第一预充电部分和与可控硅并联的第二预充电部分组成。
所述预充电电路的第一预充电部分由一个充电电阻构成，该充电电阻串接在变频器直流正母线或负母线与可控硅之间；
所述预充电电路的第二预充电部分由另一充电电阻和充电电容构成，该充电电阻和充电电容串联后并联在可控硅旁。
在本发明的具体实施例中，所述第一预充电部分还可以由两个充电电阻构成，它们分别串接在变频器直流正、负母线与可控硅之间。
所述第一预充电部分还可以由充电电感和隔直电容构成，所述充电电感和隔直电容串接在变频器直流正母线或负母线与可控硅之间。
所述第一预充电部分还可以由两组串联的充电电感和隔直电容构成，每组串联的充电电感和隔直电容分别串接在变频器直流正、负母线与可控硅之间。
由于本发明采用以上技术方案，即在高压变频器功率模块工作前，功率模块(如IGBT)一般设计为全部关断，在功率模块(如IGBT)开始开关动作前，首先将旁路电路中可控硅两端的电压预充到直流母线电压值。这样，在功率模块(如IGBT)开始动作时，旁路电路中的二极管和可控硅将不再承受超过其耐受能力的dv/dt值，从而保证了系统的安全可靠性。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1为现有技术中旁路电路电路图
图2为本发明旁路电路电路图
图3为本发明另一种形式的旁路电路电路图
图4为本发明又一种形式的旁路电路电路图
图5为本发明又一种形式的旁路电路电路图
具体实施方式
本发明为了避免在功率模块(如IGBT、GTR等)开始正常导通的瞬间，可控硅因耐受超过其耐受能力的dv/dt，引起可控硅的误导通，造成逆变桥输出短路，引起功率模块故障。在高压变频器逆变桥侧每一功率模块旁并联一旁路电路。
如图2所示，所述旁路电路由二极管整流桥2、可控硅3和预充电电路4构成。在变频器内直流母线、每一功率模块旁通过预充电电路4并联二极管整流桥2和可控硅3。预充电电路4由第一预充电部分和第二预充电部分组成，所述第一预充电部分由充电电阻R1、R2组成，第二预充电部分由充电电阻R3和充电电容C1构成；电阻R1、R2串接在变频器内直流正、负母线与可控硅3之间，电阻R3与电容C1串联后并联在可控硅3旁。通过预充电电路4，即电阻R1、R2、R3、C1，使系统刚上电时，可控硅两端的电压立即被预充电到直流母线电压值，这样，在功率模块(如IGBT)开关时，它们将不再承受超过其耐受能力的dv/dt值，系统可靠性大大增强。在功率模块发生故障时可以真正地被旁路电路旁路掉，而由剩下的功率模块继续给电机供电。当功率模块发生故障被旁路时，将有电流流过R1、R2，由于R1、R2阻值很大，这种功耗可以忽略不计。其中，R1或R2也可以省略，只在变频器正母线或负母线处放置一个充电电阻R1或R2，原理上不影响本发明的发明目的。
图3为本发明另一种形式的旁路电路电路图。这种形式的旁路电路与图2所示的旁路电路的区别在于：构成预充电电路4的第一预充电部分由电感L1、L2、隔直电容C2、C3组成，构成预充电电路4的第二预充电部分由充电电阻R3和电容C1构成。电感L1、L2、电容C2、C3串接在变频器内直流正、负母线与旁路电路中可控硅3之间，电阻R3与电容C1串联后并联在可控硅3旁。通过预充电电路4，即电感L1、L2、电容C2、C3、电阻R3、电容C1，使系统刚上电时，可控硅两端的电压立即被预充电到直流母线电压值，这样，在功率模块(如IGBT)开关时，它们将不再承受超过其耐受能力的dv/dt值，系统可靠性大大增强。在功率模块发生故障可以真正地被旁路电路旁路掉，而由剩下的功率模块继续给电机供电。其中，L1、C2或L2、C3也可以省略，只在变频器内直流正母线或负母线处放置一制充电电感L1、电容C2或L2、电容C3，原理上不影响本发明的发明目的。
为了使旁路电路中的可控硅在系统刚上电时，可控硅两端的电压即被预充电到直流母线电压值，从而避免在功率模块开关瞬间可控硅因承受超过其耐受能力的dv/dt值而被误导通，造成逆变桥输出侧短路，引起功率模块故障，本发明在现有技术中的旁路电路中增加了预充电电路，这种预充电电路还可以派生出其他形式，如图4、图5所示，其工作原理均与图2、图3所示的旁路电路工作原理相同，这里不再一一祥述。
以上所述，仅为本发明的具体实施例，并不以此限定本发明的保护范围。本领域技术人员基于本发明技术方案所作的任何等效变换，均属于本发明保护范围之内。
Claims (5)
1、一种高压变频调速器的旁路电路，它包括并联在高压变频调速器输出侧每一功率模块旁的二极管整流桥和可控硅，其特征在于：它还包括一预充电电路，所述预充电电路由串联在变频器直流母线与可控硅之间的第一预充电部分和与可控硅并联的第二预充电部分组成。
2、根据权利要求1所述的高压变频调速器的旁路电路，其特征在于：所述预充电电路的第一预充电部分由充电电阻构成，该充电电阻串接在变频器内直流正母线或负母线与可控硅之间；
所述预充电电路的第二预充电部分由另一充电电阻和充电电容构成，该充电电阻和充电电容串联后并联在可控硅旁。
3、根据权利要求2所述的高压变频调速器的旁路电路，其特征在于：所述第一预充电部分由两个充电电阻构成，它们分别串接在变频器内直流正、负母线与可控硅之间。
4、根据权利要求1所述的高压变频调速器的旁路电路，其特征在于：所述预充电电路的第一预充电部分由充电电感和隔直电容构成，所述充电电感和隔直电容串接在变频器内直流正母线或负母线与可控硅之间；
所述预充电电路的第二预充电部分由充电电阻和充电电容构成，该充电电阻和充电电容串联后并联在可控硅旁。
5、根据权利要求4所述的高压变频调速器的旁路电路，其特征在于：所述预充电电路的第一预充电部分由两组串联的充电电感和隔直电容构成，每组串联的充电电感和隔直电容分别串接在变频器内直流正、负母线与可控硅之间。
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