CN207269200U - 一种基于高压变频器的内置旁路控制拓扑结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种基于高压变频器的内置旁路控制拓扑结构，所述的高压变频器为H桥功率单元级联型高压变频器，所述的内置旁路包括功率单元控制板、旁路驱动板、旁路变压器、旁路接触器。所述的旁路接触器的常开触点并联连接于所述的H桥功率单元级联型高压变频器的功率单元输出端。采用内置的旁路接触器，是将功率单元旁路系统内置到功率单元内部，将旁路系统融入到功率单元中，无需独立的旁路系统。在变频器的功率单元出现故障时，由变频器的功率单元控制板直接控制内部的旁路接触器对功率单元输出端进行短接，将故障的功率单元进行旁路。

Description

一种基于高压变频器的内置旁路控制拓扑结构

技术领域

本实用新型涉及高压变频器技术领域，特别涉及一种基于高压变频器的内置旁路控制拓扑结构。

背景技术

我国能源生产和能源消费已列世界前茅，但是仍满足不了工业生产和人民生活发展的需要，所以在能源非常紧张的今天，如何节约能源变得非常重要。而我国工业用高压大功率交流电机目前大部分采用直接恒速拖动，能源浪费巨大。如采用采用变频调速技术运行，节能效果非常的明显。因此，高压大容量交流电机变频调速节能系统的研发及应用，对我国工业降低单产能耗具有重大意义。200KW的大中功率的传动设备占市场的70％以上，国内电压等级为6KV和10KV，由于受功率器件的耐压水平和载流能力的限制，此电压等级的高压变频器多采用多电平变换及相关技术，其中单相H桥级联多电平逆变器由于控制相对简单，不用考虑中点电压平衡问题，易于实现多电平，改善输出电压谐波，方便模块化设计等优点，在工业上获得不错的应用效果。

H桥功率单元级联型高压变频器中的H桥级联多电平逆变器采用多组低电压小功率IGBT构成的功率单元串联形成高压输出，由于采用的是功率单元串联，因此不存在元件之间的动态和静态均压问题，并且功率单元是模块化的结构，便于更换和维护。各功率单元由一个多绕组的隔离变压器供电，并以高速微处理器和光纤实现控制和通讯。

由于采用多个功率单元串联构成高压输出的方式，功率单元的故障率是最高的。有效地保护功率单元稳定可靠的运行是非常必要的，单元旁路技术由此应运而生。

高压变频器功率单元旁路装置是用于实现故障情况下高压变频器仍可以切除故障单元继续工作，完成现场生产任务的目的。

现有技术中的高压变频器功率单元旁路装置一般都是外接于变频器的，故障时需要从外部进行切换，并且外置设备需要占用空间和进行外部连线，使用时很不方便。采用内置的旁路，相较于外置旁路而言，无需外部连线和占用外部空间，简单方便。

发明内容

为了解决背景技术中所述问题，本实用新型提供一种基于高压变频器的内置旁路控制拓扑结构，采用内置的旁路接触器，在变频器的功率单元出现故障时，由变频器的功率单元控制板直接控制内部的旁路接触器对功率单元输出端进行短接，将故障的功率单元进行旁路。

为了达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案实现：

一种基于高压变频器的内置旁路控制拓扑结构，所述的高压变频器为H桥功率单元级联型高压变频器，所述的内置旁路包括功率单元控制板、旁路驱动板、旁路变压器、旁路接触器。

所述的旁路接触器的常开触点并联连接于所述的H桥功率单元级联型高压变频器的功率单元输出端。

所述的旁路驱动板分别通过控制信号端口连接功率单元控制板、通过电源端口连接旁路变压器、通过驱动信号端口连接旁路接触器的线圈；旁路驱动板接收功率单元控制板的旁路控制信号，驱动旁路接触器的线圈的吸合和断开，在功率单元故障时闭合旁路接触器的常开触点，将故障的功率单元输出端短接。

所述的旁路变压器一次侧连接于高压变频器功率单元电源输入端熔断器的前端，二次侧连接于旁路驱动板的电源端口上。

所述的旁路驱动板内部电路包括整流电路、电压转换电路和接触器吸合反馈电路；所述整流电路的输入端连接于电源端口上，整流电路输出端连接电压转换电路输入端，电压转换电路输出端连接接触器吸合反馈电路，接触器吸合反馈电路的控制端连接控制信号端口，输出端连接驱动信号端口。

所述的接触器吸合反馈电路由电压比较器LM293构成，通过控制信号端口将接触器的吸合状态信息反馈给功率单元控制板。

所述的功率单元控制板为原有高压变频器的功率单元控制板进行的改进，在其原有主控芯片管脚上增加一路输出信号端，所增加一路输出信号线通过继电器连接至功率单元控制板的输出端口，并通过此输出端口连接至旁路驱动板的控制信号端口上。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型的一种基于高压变频器的内置旁路控制拓扑结构，采用内置的旁路接触器，在变频器的功率单元出现故障时，由变频器的功率单元控制板直接控制内部的旁路接触器对功率单元输出端进行短接，将故障的功率单元进行旁路。

2、本实用新型的一种基于高压变频器的内置旁路控制拓扑结构，旁路变压器的一次侧连接在高压变频器功率单元电源输入端熔断器的前端，能够保证在功率单元发生故障时，如果发生功率单元电源输入端熔断器烧断的情况，也不影响旁路接触器线圈供电，保证旁路可靠性。

3、本实用新型的一种基于高压变频器的内置旁路控制拓扑结构，还将旁路接触器的吸合状态反馈给功率单元控制板，用于功率单元故障时判断接触器接收到吸合命令时是否吸合，使主控系统能够判断旁路的吸合状态。

4、本实用新型的一种基于高压变频器的内置旁路控制拓扑结构，在原有的功率单元控制板上增加一路旁路信号输出，即可以实现内置旁路的控制，在功率单元故障时，功率单元控制板通过故障判断，直接控制内置旁路的动作，使内置旁路系统与变频器功率单元模块整合为一体，使变频器更加集约化、模块化，有利于安装与维护。

附图说明

图1为本实用新型的一种基于高压变频器的内置旁路控制拓扑结构示意图；

图2为本实用新型的旁路驱动板电路结构示意图；

图3为本实用新型的H桥功率单元级联型高压变频器的功率单元的拓扑结构示意图；

图4为无内置旁路的高压变频器的标准功率单元的电路结构示意图；

图5为本实用新型的内置旁路的高压变频器的功率单元的电路结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型提供的具体实施方式进行详细说明。

如图1所示，一种基于高压变频器的内置旁路控制拓扑结构，所述的高压变频器为H桥功率单元级联型高压变频器，所述的内置旁路包括功率单元控制板、旁路驱动板、旁路变压器、旁路接触器。

所述的旁路接触器的常开触点并联连接于所述的H桥功率单元级联型高压变频器的功率单元输出端。

如图2所示，所述的旁路驱动板分别通过控制信号端口连接功率单元控制板、通过电源端口连接旁路变压器、通过驱动信号端口连接旁路接触器的线圈；旁路驱动板接收功率单元控制板的旁路控制信号，驱动旁路接触器的线圈的吸合和断开，在功率单元故障时闭合旁路接触器的常开触点，将故障的功率单元输出端短接，从而实现旁路功能。

所述的旁路变压器一次侧连接于高压变频器功率单元电源输入端熔断器的前端，二次侧连接于旁路驱动板的电源端口上。

所述的旁路驱动板内部电路包括整流电路、电压转换电路和接触器吸合反馈电路；所述整流电路的输入端连接于电源端口上，整流电路输出端连接电压转换电路输入端，电压转换电路输出端连接接触器吸合反馈电路，接触器吸合反馈电路的控制端连接控制信号端口，输出端连接驱动信号端口。整流电路将旁路变压器输出的交流电源整流成直流，为旁路接触器线圈提供直流电源。电压转换电路将DC24V转化为DC18V，为比较器芯片供电。旁路驱动板控制信号接收端口通过功率单元板旁路控制继电器连接到旁路接触器线圈电路中，用于控制旁路接触器。

所述的接触器吸合反馈电路由电压比较器LM293构成，通过检测旁路接触器电流，判断接触器是否吸合，通过控制信号端口将接触器的吸合状态信息反馈给功率单元控制板。

所述的功率单元控制板为原有高压变频器的功率单元控制板进行的改进，在其原有主控芯片管脚上增加一路输出信号端，所增加一路输出信号线通过继电器连接至功率单元控制板的输出端口，并通过此输出端口连接至旁路驱动板的控制信号端口上。通过控制串入到旁路接触器线圈的小型继电器，从而实现控制旁路接触器吸合的目的。

所述的旁路接触器采用直流接触器。

所述的旁路变压器为一种30VA AC690V-AC18V变压器。

如图3所示，为H桥功率单元级联型高压变频器的功率单元的拓扑结构图；图4是无内置旁路的高压变频器的标准功率单元的电路结构图；图5是本实用新型所描述的内置旁路的高压变频器的功率单元的电路结构图，图中在高压变频器功率单元的U、V两个输出端上并联了旁路接触器的常开触点。

所述的原高压变频器的功率单元控制板电路组成包括：电源部分，控制部分，驱动部分。功率单元控制板供电电源可以从单元直流母线或三相输入端取电，通过内部变换，稳定输出一定电压，为控制电路和驱动电路供电；控制电路包括主控芯片、通讯电路、故障检测、直流母线电压检测、显示电路等电路，是功率单元的控制核心，并且与上一级控制机进行实时通讯；驱动电路用于驱动IGBT开通与关断，并检测IGBT的工作状态，在IGBT异常状态下可以有效实现保护功能。

本实用新型的一种基于高压变频器的内置旁路控制拓扑结构，采用内置的旁路接触器，在变频器的功率单元出现故障时，由变频器的功率单元控制板直接控制内部的旁路接触器对功率单元输出端进行短接，将故障的功率单元进行旁路。旁路变压器的一次测连接在高压变频器功率单元电源输入端熔断器的前端，能够保证在功率单元发生故障时，如果发生功率单元电源输入端熔断器烧断的情况，也不影响旁路接触器线圈供电，保证旁路可靠性。还将旁路接触器的吸合状态反馈给功率单元控制板，用于功率单元故障时判断接触器接收到吸合命令时是否吸合，使主控系统能够知道旁路的吸合状态。在原有的功率单元控制板上增加一路旁路信号输出，即可以实现内置旁路的控制，在功率单元故障时，功率单元控制板通过故障判断，直接控制内置旁路的动作，使内置旁路的控制与高压变频器的控制完美的合为一体。

以上实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于上述的实施例。上述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。

Claims (5)

1.一种基于高压变频器的内置旁路控制拓扑结构，所述的高压变频器为H桥功率单元级联型高压变频器，其特征在于，所述的内置旁路包括功率单元控制板、旁路驱动板、旁路变压器、旁路接触器；

所述的旁路接触器的常开触点并联连接于所述的H桥功率单元级联型高压变频器的功率单元输出端；

所述的旁路驱动板分别通过控制信号端口连接功率单元控制板、通过电源端口连接旁路变压器、通过驱动信号端口连接旁路接触器的线圈；旁路驱动板接收功率单元控制板的旁路控制信号，驱动旁路接触器的线圈的吸合和断开，在功率单元故障时闭合旁路接触器的常开触点，将故障的功率单元输出端短接。

2.根据权利要求1所述的一种基于高压变频器的内置旁路控制拓扑结构，其特征在于，所述的旁路变压器一次侧连接于高压变频器功率单元电源输入端熔断器的前端，二次侧连接于旁路驱动板的电源端口上。

3.根据权利要求1所述的一种基于高压变频器的内置旁路控制拓扑结构，其特征在于，所述的旁路驱动板内部电路包括整流电路、电压转换电路和接触器吸合反馈电路；所述整流电路的输入端连接于电源端口上，整流电路输出端连接电压转换电路输入端，电压转换电路输出端连接接触器吸合反馈电路，接触器吸合反馈电路的控制端连接控制信号端口，输出端连接驱动信号端口。

4.根据权利要求3所述的一种基于高压变频器的内置旁路控制拓扑结构，其特征在于，所述的接触器吸合反馈电路由电压比较器LM293构成，通过控制信号端口将接触器的吸合状态信息反馈给功率单元控制板。

5.根据权利要求1所述的一种基于高压变频器的内置旁路控制拓扑结构，其特征在于，所述的功率单元控制板为原有高压变频器的功率单元控制板进行的改进，在其原有主控芯片管脚上增加一路输出信号端，所增加一路输出信号线通过继电器连接至功率单元控制板的输出端口，并通过此输出端口连接至旁路驱动板的控制信号端口上。