CN207460014U - 一种变频电源的预充电电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种变频电源的预充电电路，预充电电路与变频电源的电容滤波电路、逆变电路相连接，预充电电路包括三相桥式半控整流电路，三相桥式半控整流电路包括三个可控硅和三个二极管，三个可控硅的阴极连接在一起组成可控硅共阴极组，三个二极管的阳极连接在一起组成二极管共阳极组，电容滤波电路的两端分别与可控硅的阴极、二极管的阳极相连接,可控硅共阴极组中的可控硅的阳极与二极管共阳极组中的二极管的阴极对应相连接，可控硅与二极管的结点为变频电源的接入点。可控硅的控制极和阴极与DSP控制器相连接，形成可控硅触发电路。本实用新型电路结构紧凑，节能可靠，对可控硅控制角的智能控制，提高了预充电电流的连续可靠性。

Description

一种变频电源的预充电电路

技术领域

本实用新型属于变频电源技术领域，尤其涉及一种变频电源的预充电电路。

背景技术

变频电源是将市电中的交流电经过AC-DC-AC变换的逆变电源，它有别于用于电机调速用的变频调速控制器，也有别于普通交流稳压电源。变频电源的主要功用是将现有交流电网电源变换成所需频率的稳定的纯净的正弦波电源。在目前的大功率变频电源中，主要采用二极管整流、储能电容滤波，逆变的结构形式。由于中间的储能电容较大，在变频电源上电瞬间，会对直流电容产生较大的冲击电流，因此，在变频电源中，需增加预充电环节。目前，对变频电源中的电容进行预充电的方法主要有：交流预充电和直流预充电。

采用交流预充电方式时，如图1所示，需在变频电源的主接触器KM1两端，并联一个接触器KM2，与接触器KM2串联连接一组预充电电阻R1、R2、R3。在变频电源上电瞬间，先断开主接触器KM1，接通接触器KM2，则三相交流电流通过预充电电阻R1、R2、R3限流后，进入二极管整流部分，整流后的直流电流给储能电容C1和C2预充电；到一定电压时，断开接触器KM2，接通主接触器KM1、对储能电容C1和C2充电。该充电电流的大小除与三相进线电压有关外，还与预充电电阻R1、R2、R3的阻值大小有关，因此，可以通过选择合适的预充电电阻R1、R2、R3的阻值，满足储能电容组C1和C2的预充电要求。该方式结构简单、逻辑清晰，但需在变频电源中额外增加一个交流接触器KM2和预充电电阻R1、R2、R3，不仅增加了设备成本而且占用较大电气柜空间，在后期使用中也存在以下问题：一方面交流接触器KM2属机械装置，存在寿命问题，在使用中需定期检修，防止交流因接触器KM2失灵而导致预充电失败事故的发生，另一方面，由于储能电容组C1和C2的容量较大，预充电时间较长，使得预充电电阻R1、R2、R3长时间通过较大电流，不仅增加了电控柜散热难度，而且造成较大的能量损耗。交流接触器KM2得不到及时吸合时，开机会直接损坏预充电电阻R1～R3；预充电结束切换时，会对电网造成冲击，同时对储能电容C1和C2造成损害。

采用直流预充电方式时，如图2所示，二极管整流电路与电容滤波电路相连的支路上串接有直流接触器KM3，直流接触器KM3的两端并联一个预充电电阻R4。在变频电源上电瞬间，断开直流接触器KM3，三相交流电流通过二极管VD1～VD6进行整流变成直流、再通过预充电电阻R1限流后，对储能电容C1和C2预充电；到达一定电压时，接通直流接触器KM3，通过二极管VD1～VD6对储能电容C1和C2充电。同样占用较大电气柜空间，耗散功率大，不节能的缺点；直流接触器KM3得不到及时吸合时，开机会直接损坏预充电电阻R4；预充电结束切换时，会对电网造成冲击，同时对储能电容C1和C2造成损害。

实用新型内容

本实用新型旨在克服上述现有技术中存在的不足，提出了一种变频电源的预充电电路，电路结构紧凑，节能且预充电电流连续可控。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种变频电源的预充电电路，所述预充电电路与所述变频电源的电容滤波电路、逆变电路相连接，所述预充电电路包括三相桥式半控整流电路，所述三相桥式半控整流电路包括三个可控硅和三个二极管，三个所述可控硅的阴极连接在一起组成可控硅共阴极组，三个所述二极管的阳极连接在一起组成二极管共阳极组，所述电容滤波电路的两端分别与所述可控硅的阴极、所述二极管的阳极相连接,所述可控硅共阴极组中的可控硅的阳极与所述二极管共阳极组中的二极管的阴极对应相连接，所述可控硅与所述二极管的结点为所述变频电源的接入点。

进一步，所述预充电电路还包括DSP控制器，所述可控硅的控制极、阴极分别与所述DSP控制器相连接，形成可控硅触发电路。

进一步，所述DSP控制器采用TMS320F2812作为主控芯片。

进一步，所述电容滤波电路包括一个储能电容；或者所述电容滤波电路包括串联的两个或两个以上的储能电容。

进一步，所述逆变电路为三相桥式逆变电路，所述三相桥式逆变电路包括六个绝缘栅双极晶体管，其中三个绝缘栅双极晶体管的集电极连接在一起组成共集电极组，其余三个绝缘栅双极晶体管的发射极连接在一起组成共发射极组，所述电容滤波电路的两端分别与共集电极组中所述绝缘栅双极晶体管的集电极和共发射极组中所述绝缘栅双极晶体管的发射极相连接,所述共集电极组中的绝缘栅双极晶体管发射极与所述共发射极组中的绝缘栅双极晶体管的集电极对应相连接，所述发射极与所述集电极的结点为所述变频电源的输出点。

采用了上述技术方案后，本实用新型的有益效果是：

DSP控制器和三个可控硅的控制极和阴极相连接，形成可控硅触发电路。利用预设程序和DSP控制器对三只共阴极可控硅的导通角进行控制，使其输出电压按电容的充电曲线变化，对储能电容组进行充电；充电结束后，可控硅一直处于导通状态，当电源电压出现过高时，通过调节可控硅的控制角，保持直流电压的恒定；当负载过载或绝缘栅双极晶体管出现短路时，将可控硅关闭，起到电路的保护作用。

三相桥式半控整流部分本身可以实现对储能电容的连续预充电，无需额外增加交流、直流预充电中的接触器和大功率预充电电阻；电路结构更加紧凑、预充电电流连续可控，且降低了预充电过程中的能量损耗。

DSP控制器采用TMS320F2812作为主控芯片，实现对储能电容预充电的同时，又能实现对电路及所连负载的快速保护。

附图说明

图1是现有技术变频电源的交流预充电方式的电路原理图；

图2是现有技术变频电源的直流预充电方式的电路原理图；

图3是本实用新型变频电源的预充电电路的电路原理图；

图中：KM1-主接触器，KM2-交流接触器，KM3-直流接触器，R1～R4-预充电电阻，VD1～VD6-二极管，VT1、VT3、VT5-可控硅，T1～T6-绝缘栅双极晶体管，C1、C2-储能电容，a、b、c-变频电源的接入点，d、e、f-变频电源的输出点。

具体实施方式

结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。

如图3所示，变频电源包括预充电电路、电容滤波电路和逆变电路。预充电电路包括三相桥式半控整流电路，三相桥式半控整流电路包括三个可控硅VT1、VT3、VT5和三个二极管VD2、VD4、VD6，三个可控硅VT1、VT3、VT5的阴极连接在一起组成可控硅共阴极组，三个二极管VD2、VD4、VD6的阳极连接在一起组成二极管共阳极组，电容滤波电路的两端分别与可控硅VT1、VT3、VT5的阴极、二极管VD2、VD4、VD6的阳极相连接,可控硅共阴极组中的可控硅VT1、VT3、VT5的阳极与二极管共阳极组中的二极管VD2、VD4、VD6的阴极对应相连接。即：可控硅VT1的阳极和二极管VD2的阴极对应相连接，可控硅VT1与二极管VD2的结点为变频电源的接入点a；可控硅VT3的阳极和二极管VD4的阴极对应相连接，可控硅VT3与二极管VD4的结点为变频电源的接入点b；可控硅VT5和二极管VD6的阴极对应相连接，可控硅VT5与二极管VD6的结点为变频电源的接入点c。变频电源的接入点a、b、c分别与三相交流电源的相线对应连接。

电容滤波电路包括串联的两个储能电容C1、C2；或者电容滤波电路包括一个储能电容；或者电容滤波电路包括串联的两个以上的储能电容。

逆变电路为三相桥式逆变电路，三相桥式逆变电路包括六个绝缘栅双极晶体管T1～T6，其中三个绝缘栅双极晶体管T1、T3、T5的集电极连接在一起组成共集电极组，其余三个绝缘栅双极晶体管T2、T4、T6的发射极连接在一起组成共发射极组；电容滤波电路的两端分别与共集电极组中绝缘栅双极晶体管T1、T3、T5的集电极和共发射极组中绝缘栅双极晶体管T2、T4、T6的发射极相连接。共集电极组中的绝缘栅双极晶体管T1、T3、T5发射极与共发射极组中的绝缘栅双极晶体管T2、T4、T6的集电极对应相连接。即：绝缘栅双极晶体管T1的发射极和绝缘栅双极晶体管T2的集电极对应相连接，绝缘栅双极晶体管T1和绝缘栅双极晶体管T2的结点为变频电源的输出点d；绝缘栅双极晶体管T3的发射极和；绝缘栅双极晶体管T4的集电极对应相连接，绝缘栅双极晶体管T3和绝缘栅双极晶体管T4的结点为变频电源的输出点e；绝缘栅双极晶体管T5的发射极和绝缘栅双极晶体管T6的集电极对应相连接，绝缘栅双极晶体管T5和绝缘栅双极晶体管T6的结点为变频电源的输出点e。变频电源的输出点d、e、f分别与三相负载对应连接。六个绝缘栅双极晶体管T1～T6的栅极极可以与单独的控制器电连接，由控制器对其单独控制。

预充电电路还包括DSP控制器，可控硅VT1、VT3、VT5的控制极和阴极与DSP控制器电连接，形成可控硅触发电路。采用DSP(数字信号处理器)控制器作为脉冲生成和保护的核心控制器，它是目前高新技术工业领域应用广泛、性能良好的嵌入式控制芯片。该DSP控制器采用TMS320F2812作为主控芯片，它具有高达150M的处理速度和16×128K的内部flash空间，此外，TMS320F2812具有丰富的I/O接口，其I/O寻址空间可达64K，以DSP为核心的控制技术为提高变频装置的控制精度,故障快速处理,远程通讯等提供了优良的平台，此外，DSP控制器中设有多种通讯接口，可方便实现对设备的远程监控和产品的升级换代。

交流电一般为正弦波形，它的一个周期为360°，正半周占180°，负半周占180°。当交流电通过可控硅时，可以让交流电电流通过控制使其在0－180°的任一角度处开始导通，即所谓可控整流。当正半周加到可控硅的阳极，在180°的某一角度时，在可控硅的控制极加一触发脉冲，例如在30°加一脉冲，可控硅只能通过余下的150°的电流。这种使可控硅导电的起始角度例如上述的30°称为控制角。晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角度称为导通角，示，例如上述的150°，30°+150°＝180°。

充电时，利用DSP控制器对可控硅触发电路中的三个共阴极可控硅VT1、VT3、VT5的导通角进行控制，使得整流部分输出的直流电压按储能电容C1、C2的充电指数规律变化，实现对储能电容C1、C2的无级充电，无需额外增加交流、直流预充电过程中的接触器和大功率预充电电阻，缩小体积，更加节能；充电结束后，可控硅VT1、VT3、VT5一直处于导通状态，当电源电压出现过高时，通过调节可控硅VT1、VT3、VT5的的控制角，保持直流电压的恒定；当三相负载线圈过载或六个绝缘栅双极晶体管T1～T6出现短路时，控制可控硅VT1-VT3使其关断，起到保护整个电路的作用。

总之，本实用新型电路结构简单，节能可靠，通过对可控硅VT1、VT3、VT5控制角的控制，提高了预充电电流的连续性、稳定性和可靠性，有效解决了传统阶梯式预充电电路对设备的冲击，降低预充电过程中的能量损耗，采用先进的核心控制器，在实现对储能电容的预充电的同时，又能实现对电路及负载的快速保护。

Claims (5)

1.一种变频电源的预充电电路，所述预充电电路与所述变频电源的电容滤波电路、逆变电路相连接，其特征在于，

所述预充电电路包括三相桥式半控整流电路，所述三相桥式半控整流电路包括三个可控硅和三个二极管，三个所述可控硅的阴极连接在一起组成可控硅共阴极组，三个所述二极管的阳极连接在一起组成二极管共阳极组，所述电容滤波电路的两端分别与所述可控硅的阴极、所述二极管的阳极相连接,所述可控硅共阴极组中的可控硅的阳极与所述二极管共阳极组中的二极管的阴极对应相连接，所述可控硅与所述二极管的结点为所述变频电源的接入点。

2.如权利要求1所述的变频电源的预充电电路，其特征在于，所述预充电电路还包括DSP控制器，所述可控硅的控制极、阴极分别与所述DSP控制器相连接，形成可控硅触发电路。

3.如权利要求2所述的变频电源的预充电电路，其特征在于，所述DSP控制器采用TMS320F2812作为主控芯片。

4.如权利要求1所述的变频电源的预充电电路，其特征在于，所述电容滤波电路包括一个储能电容；或者所述电容滤波电路包括串联的两个或两个以上的储能电容。

5.如权利要求1所述的变频电源的预充电电路，其特征在于，所述逆变电路为三相桥式逆变电路，所述三相桥式逆变电路包括六个绝缘栅双极晶体管，其中三个绝缘栅双极晶体管的集电极连接在一起组成共集电极组，其余三个绝缘栅双极晶体管的发射极连接在一起组成共发射极组，所述电容滤波电路的两端分别与共集电极组中所述绝缘栅双极晶体管的集电极和共发射极组中所述绝缘栅双极晶体管的发射极相连接,所述共集电极组中的绝缘栅双极晶体管发射极与所述共发射极组中的绝缘栅双极晶体管的集电极对应相连接，所述发射极与所述集电极的结点为所述变频电源的输出点。