CN2874915Y - 一种链式逆变器的控制电源装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种链式逆变器的控制电源装置，包括多个单相H桥逆变器控制电源，每个单相H桥逆变器控制电源包含多个电流互感器和电流电压转换电源的串联支路，各串联支路的输出端按正、负极性分别并接，再接到直流电压变换器的输出端，直流电压变换器的正极输入端和负极输入端分别并接到单相H桥逆变器直流侧电容两端，各单相H桥逆变器控制电源的同序的电流互感器的原边绕组依次串接后再接到交流稳流电源。采用本控制电源装置使得隔离电流互感器耐高压及低局放要求容易实现，这样整个电源控制装置的成本更低。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种链式逆变器的控制电源装置，属于电气自动化设备领域。
背景技术
链式逆变器也称为H桥串联逆变器，该逆变器由多个单相H桥逆变器的交流输出串联而成，可广泛应用于各种变流装置中，如高压变频调速器、新型静止同步补偿器(STATCOM)、新能源发电逆变器、动态电压恢复器(DVR)、有源滤波器(APF)等。
由于链式逆变器常用于输出较高交流电压的应用场合(3kV-35kV)，使得其中的单相H桥逆变器控制电源供电困难。一种方案是直接从其直流侧电容上取电变换成所需的直流稳定控制电源(如直流24V)，由于在故障的单相H桥逆变器被旁路后，直流电容将慢慢放电直至为0，使控制电源消失，故障的逆变器将无法再被正确旁路。另一种方案是从低压电源系统取电来转换成单相H桥逆变器控制电源，这种方案需要隔离变压器且隔离变压器的原副变需要承受很高的绝缘耐压及要求有极低的局部放电指标，使得变压器造价很高。因此，需要寻找一种新的控制电源供电方式。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术之不足而提供一种链式逆变器的控制电源装置，解决常用的控制电源装置所固有的隔离变压器高绝缘耐压、极低的局放电指标实现困难及造价高等缺点。
为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案是：包括多个单相H桥逆变器控制电源，每个单相H桥逆变器控制电源包含多个电流互感器和电流电压转换电源的串联支路，各串联支路的输出端按正、负极性分别并接，各单相H桥逆变器控制电源的同序的电流互感器的原边绕组依次串接后再接到交流稳流电源。
上所述的链式逆变器的控制电源装置中，每个单相H桥逆变器控制电源还包括一个直流电压变换器，直流电压变换器的输入端接到单相H桥逆变器直流侧电容两端，其正、负输出端分别接电流电压转换电源的正极输出端和负极输出端。
上述的链式逆变器的控制电源装置中，所述的电流电压转换电源由一个单相全桥整流器、一个限压电阻、一个高频开关功率半导体器件及与其输出端反并联的二极管、吸收电路1、吸收电路2、一个正向续流二极管、一组输出直流电容器及控制电路组成；单相全桥整流器的两个交流输入分别接到电流互感器的副变绕组交流输出端；单相全桥整流器的输出正端接到高频开关功率半导体器件的漏极或集电极、反并联二极管的阴极以及吸收电路1的一端及吸收电路2的输入端；单相全桥整流器的输出负端接到高频开关功率半导体器件的源极或发射极、反并联二极管的阳极、吸收电路1的另一端及输出直流电容器的负端；吸收电路2的第一个输出端接到正向续流二极管的阳极，吸收电路2的第二个输出端接到正向续流二极管的阴极以及输出直流电容器的正端；正向续流二极管的阳极接到输出直流电容器的正端；输出直流电容器的正负端分别接到控制电路的输入正负端；控制电路的正输出端接到高频开关功率半导体器件的门极，控制电路的负输出端接到输出直流电容器的负端；限压电阻并联接到单相全桥整流器的直流输出端。
上述的链式逆变器的控制电源装置中，所述控制电路由取样与PID调节电路、锯齿波发生电路、比较电路及驱动电路组成，取样与PID调节电路采集输出直流电容器上的电压，并完成PID调节运算，其输出送到比较电路的正输入端；锯齿波发生电路生成PWM控制所需的锯齿波，该锯齿波送到所述的比较电路的负输入端；比较电路的输出送到驱动电路的输入端，驱动电路的正输出端接到高频开关功率半导体器件的门极，驱动电路的负输出端接到输出直流电容器的正负端。
本实用新型的优点：采用穿心的电流互感器实现隔离，可以较容易地实现高绝缘耐压及低局放，使隔离电路成本更低；另外，采用多套电源并联供电的方案也使控制电源供电可靠性大幅度提高。
下面结合附图对本实用新型的电路实施例结构和工作原理作进一步的说明。
附图说明
图1为本实用新型的结构图。
图2为本实用新型中电流电压转换电源的电路原理图。
图3为本实用新型中电流电压转换电源中控制电路原理图。
图4为本实用新型中电流电压转换电源中控制电路具体实施电路图。
具体实施方式
参见图1，该图表示了一相H桥串联逆变器的构成及本实用新型控制电源装置的构成框图。图中，S1LA、S1LB、S1RA、S1RB、C1、RD1及SD1构成该H桥串联逆变器的第一个H桥逆变器，SNLA、SNLB、SNRA、SNRB、CN、RDN及SDN构成该H桥串联逆变器的第N(N为正整数)个H桥逆变器。
图1中包括M个交流稳流电源11-1M，N个单相H桥逆变器控制电源21-2N。N台单相H桥逆变器控制电源21-2N。每个单相H桥逆变器控制电源由M个电流互感器(CTP11-CTP1M)、M个电流电压转换电源(ADP11-ADP1M)及-个直流电压变换器(DDP1)组成，提供该单相H桥逆变器的控制电源。所有单相H桥逆变器控制电源中排列顺序相同的电流互感器依次串接后再分别接到M个交流稳流电源11-1M。
该单相H桥逆变器控制所需的电源都可以采用常规的电源转换模块从DC1+/DC-上转换得到。M个电流电压转换电源和一个电压电压转换电源并联运行。
本实用新型的控制电源中，其中单相H桥逆变器控制电源中的M个电流互感器都采用环形磁心或铁心，原边采用一匝绕组穿过磁心或铁心中央，且原边绕组输入所述的交流稳流电源输出的电流；所述的M个电流互感器副变采用多匝绕组，将原边输入的交流电流转换成副变输出的交流电流，分别送到所述的M个电流电压转换电源的交流电流输入端；所述的M个电流互感器原副变绕组都采用绝缘线以便承受原副变之间的高电压。
图2为电流电压转换电源的电路原理图。图中DR1-DR4将交流电流转换成直流电流，R1为限压电阻，功率半导体开关S(IGBT或MOSFET)以PWM方式工作，调节通过D1送到输出电容及其后负载的电流大小，使输出直流电压VD+/VD-稳定在设定的电压值上，PWM调节工作由控制电路完成。图2中的吸收电路1和2用于完成过电压及过电流吸收，可以采用常规的吸收电路。
图3为电流电压转换电源中控制电路原理图。图中，取样与PID调节电路采集输出直流电容器上的电压VD+/VD-，并完成PID调节运算，其输出送到比较电路的正输入端；锯齿波发生电路生成PWM控制所需的锯齿波，该锯齿波送到比较电路的负输入端；比较电路在输出端生成PWM信号并送到驱动电路进行功率放大，驱动电路即输出功率半导体开关S的驱动信号。
图4为电流电压转换电源中控制电路具体实施电路图。
图4中，锯齿波是由多功能振荡发生芯片U3和恒流源共同形成的。R5-R9、D3、P1、C6构成恒流源，该恒流源的输出电流等于流过R5的电流，因为R5上电压等于R6上电压，而R6上电压由R6与R7分压决定是恒定的，因此R5上电流是恒定的。恒流源输出恒定电流到U3的6和7脚对电容C5充电，当C5上电压充电到一定电压时，多功能振荡发生芯片U3通过6和7脚对C5放电，从而形成锯齿波。R1和R4构成输出电压取样电路，R12-R14、C1、C4、U1B、R2、R3及U1A构成PID调节电路。U2、R10、R11构成比较电路，U2输出PWM信号。U4为驱动芯片，将PWM信号放大后通过R15和R16输出到功率半导体开关S。
以上只是本实用新型一个具体实施例，并不以此限定本实用新型的保护范围。任何基于本实用新型所作的等效变换电路，均属于本实用新型保护范围。
Claims (5)
1.一种链式逆变器的控制电源装置，其特征在于：包括多个单相H桥逆变器控制电源，每个单相H桥逆变器控制电源包含多个电流互感器和电流电压转换电源的串联支路，各串联支路的输出端按正、负极性分别并接，各单相H桥逆变器控制电源的同序的电流互感器的原边绕组依次串接后再接到交流稳流电源。
2.根据权利要求1所述的链式逆变器的控制电源装置，其特征在于：每个单相H桥逆变器控制电源还包括一个直流电压变换器，直流电压变换器的输入端接到单相H桥逆变器直流侧电容两端，其正、负输出端分别接电流电压转换电源的正极输出端和负极输出端。
3.根据权利要求1或2所述的链式逆变器的控制电源装置，其特征在于：所述的电流电压转换电源由一个单相全桥整流器、一个限压电阻、一个高频开关功率半导体器件及与其输出端反并联的二极管、吸收电路1、吸收电路2、一个正向续流二极管、一组输出直流电容器及控制电路组成；单相全桥整流器的两个交流输入分别接到电流互感器的副变绕组交流输出端；单相全桥整流器的输出正端接到高频开关功率半导体器件的漏极或集电极、反并联二极管的阴极以及吸收电路1的一端及吸收电路2的输入端；单相全桥整流器的输出负端接到高频开关功率半导体器件的源极或发射极、反并联二极管的阳极、吸收电路1的另一端及输出直流电容器的负端；吸收电路2的第一个输出端接到正向续流二极管的阳极，吸收电路2的第二个输出端接到正向续流二极管的阴极以及输出直流电容器的正端；正向续流二极管的阳极接到输出直流电容器的正端；输出直流电容器的正负端分别接到控制电路的输入正负端；控制电路的正输出端接到高频开关功率半导体器件的门极，控制电路的负输出端接到输出直流电容器的负端；限压电阻并联接到单相全桥整流器的直流输出端。
4.根据权利要求1所述的链式逆变器的控制电源装置，其特征在于：所述的控制电路由取样与PID调节电路、锯齿波发生电路、比较电路及驱动电路组成，取样与PID调节电路采集输出直流电容器上的电压，并完成PID调节运算，其输出送到比较电路的正输入端；锯齿波发生电路生成PWM控制所需的锯齿波，该锯齿波送到所述的比较电路的负输入端；比较电路的输出送到驱动电路的输入端，驱动电路的正输出端接到高频开关功率半导体器件的门极，驱动电路的负输出端接到输出直流电容器的正负端。
5.根据权利要求1所述的链式逆变器的控制电源装置，其特征在于：所述电流互感器都采用环形磁心或铁心，原边采用一匝绕组穿过磁心或铁心中央，电流互感器副变都采用多匝绕组。
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