專利名稱：一種具有冗余控制功能的功率單元旁路電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高壓變頻器功率單元旁路控制領(lǐng)域，更具體的說，涉及一種具有冗余控制功能的功率單元旁路電路。
背景技術(shù)：
隨著高壓變頻器在電力、冶金、石油、化工等關(guān)系重大場合的節(jié)能技術(shù)廣泛應(yīng)用， 對高壓變頻器的穩(wěn)定可靠運行提出了更高的要求。由若干個獨立的功率單元串聯(lián)的級聯(lián)式高壓變頻器以其諧波小、單元可方便快速互換、可批量生產(chǎn)、維護(hù)方便等優(yōu)點，受到了國內(nèi)外各行業(yè)越來越多的青睞，顯示出了廣闊的推廣前景。因此對單元級聯(lián)式高壓變頻器的穩(wěn)定性和可靠性提出了更高的要求。單元級聯(lián)式高壓變頻器的每一相是由若干功率單元串聯(lián)構(gòu)成，用到的功率器件眾多，從而導(dǎo)致故障點倍增，而高壓變頻器的負(fù)載在生產(chǎn)中都非常關(guān)鍵，只要其中一個功率單元中的器件出現(xiàn)故障不能正常運行，就導(dǎo)致高壓變頻器裝置輸出缺相，不能正常運行，甚至跳機(jī)，這給生產(chǎn)安全帶來了極大的隱患，同時也給用戶帶來不可估量的經(jīng)濟(jì)損失。為了提高這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)高壓變頻器的可靠性，采用功率單元旁路裝置，當(dāng)一個或多個單元故障時，迅速有效地將故障單元切除，由其它正常功率單元繼續(xù)滿載或降額運行，大大挺高了高壓變頻器的可靠性和安全性。功率單元旁路裝置控制的可靠性直接影響高壓變頻器裝置的性能。目前功率單元旁路方式主要有兩種，如圖1采取二極管和晶閘管(如可控硅)構(gòu)成的旁路方式和如圖2、圖 3采用接觸器為旁路開關(guān)的旁路方式。晶閘管旁路方式結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕，但抗干擾性能差，容易誤導(dǎo)通，可靠性低。功率單元接觸器旁路方式以其具有明顯的斷開點、抗干擾性能強、選配安裝方面等優(yōu)點越來越受到用戶及廠家的青睞?，F(xiàn)有的接觸器旁路控制方式主要有兩種，一種是采用圖2接觸器線圈集中控制方式，該控制方式要求另外增加單獨的接觸器控制檢測板，接觸器觸點與線圈之間要求具備很高的絕緣耐壓，市場上普通常用的接觸器產(chǎn)品不能滿足其要求，需要進(jìn)行二次改裝或定制的特殊設(shè)計，導(dǎo)致成本高且可靠性得不到保證。另一種是采用圖3的接觸器線圈分布式控制，每個接觸器的控制和檢測通過各個功率單元獨立完成，這樣有效的降低了成本。但該方式的接觸器控制電源取至模塊內(nèi)部，若運行過程中出現(xiàn)缺相、或內(nèi)部控制板電源故障時， 接觸器旁路裝置將失去控制，無法保證繼續(xù)旁路運行，導(dǎo)致變頻器非正常停機(jī)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有旁路控制技術(shù)中存在的問題，提供一種具有冗余控制功能的功率單元旁路電路，該旁路控制電路可以保證功率單元在任何時候發(fā)生任何故障均能可靠旁路運行。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案，提供了一種具有冗余控制功能的功率單元旁路電路，包括并聯(lián)在功率單元單相逆變輸出U、V端的通用接觸器和旁路冗余控制電路，其特征在于，所述旁路冗余控制電路包括單元控制板、接觸器線圈控制電源變換電路和接觸器線圈冗余控制電路；所述接觸器線圈冗余控制電路包括接觸器驅(qū)動電路和接觸器冗余控制電路，所述接觸器驅(qū)動電路包括單元控制板，單元控制板給出的旁路命令驅(qū)動一繼電器，所述繼電器的一組常開觸點串聯(lián)在接觸器控制線圈回路中；所述接觸器冗余控制電路是指將接觸器的第二常開輔助觸點與串聯(lián)在接觸器控制線圈回路中的繼電器一組常開觸點并聯(lián)。前述的一種具有冗余控制功能的功率單元旁路電路，其特征在于所述接觸器線圈冗余控制電路還包括旁路成功反饋檢測電路，所述旁路成功反饋檢測電路是指與單元控制板連接的接觸器的第一常開輔助觸點。前述的一種具有冗余控制功能的功率單元旁路電路，其特征在于所述接觸器線圈控制電源變換電路為單相隔離降壓變壓器，單相隔離降壓變壓器輸入端與功率單元輸入熔斷器前任兩相連接，所述單相隔離降壓變壓器的副邊繞組輸出一端直接與接觸器的線圈連接，另一端與接觸器線圈控制驅(qū)動電路連接。前述的一種具有冗余控制功能的功率單元旁路電路，其特征在于所述接觸器線圈控制電源變換電路為AC/DC變換電路，所述AC/DC變換電路輸入與功率單元輸入熔斷器前任兩相連接，所述AC/DC變換電路的輸出正極端與接觸器線圈正極直接相連，另負(fù)極端與接觸器線圈控制驅(qū)動電路連接。本發(fā)明的有益效果是接觸器線圈控制電源取自功率單元輸入前端，對接觸器各方面性能沒有特殊要求；當(dāng)功率單元發(fā)生兩相熔斷器故障或旁路運行中發(fā)生控制電源或旁路控制回路器件損壞故障，仍能保證故障單元可靠旁路，高壓變頻器裝置持續(xù)穩(wěn)定運行。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的功率單元可控硅旁路電路原理圖； 圖2為現(xiàn)有技術(shù)中的功率單元接觸器旁路電路原理圖3為現(xiàn)有技術(shù)中的另一種功率單元接觸器旁路電路原理圖； 圖4為本發(fā)明第一實施例的功率單元接觸器旁路冗余控制電路原理圖； 圖5為本發(fā)明第二實施例的功率單元接觸器旁路冗余控制電路原理圖； 圖6A為本發(fā)明第一實施例在單元有故障情況下正常旁路原理圖； 圖6B為本發(fā)明第一實施例在旁路狀態(tài)再次發(fā)生故障旁路原理圖。
具體實施例方式如圖3所示，為現(xiàn)有接觸器線圈分布控制旁路方式，當(dāng)發(fā)生兩相熔絲斷缺相故障、 旁路運行過程中再發(fā)生旁路控制板供電電源故障或旁路控制回路器件(如繼電器Kl)損壞， 旁路接觸器不能動作或動作之后不能有效持續(xù)保持，導(dǎo)致級聯(lián)型高壓變頻器裝置的可靠性得不到保證。如圖4所示，為本發(fā)明第一實施例電路原理圖，接觸器旁路冗余控制電路由接觸器、接觸器線圈控制電源變換電路、線圈冗余控制電路構(gòu)成。包括并聯(lián)在功率單元單相逆變輸出U、V端的通用接觸器和旁路冗余控制電路，所述旁路冗余控制電路包括單元控制板、 接觸器線圈控制電源變換電路和接觸器線圈冗余控制電路；所述接觸器線圈冗余控制電路包括接觸器驅(qū)動電路和接觸器冗余控制電路，所述接觸器驅(qū)動電路包括單元控制板，單元控制板給出的旁路命令驅(qū)動一繼電器，所述繼電器的一組常開觸點串聯(lián)在接觸器控制線圈回路中；所述接觸器冗余控制電路是指將接觸器的第二常開輔助觸點與串聯(lián)在接觸器控制線圈回路中的繼電器一組常開觸點并聯(lián)。所述接觸器線圈冗余控制電路還包括旁路成功反饋檢測電路，所述旁路成功反饋檢測電路是指與單元控制板連接的接觸器的第一常開輔助觸點。所述接觸器線圈控制電源變換電路為單相隔離降壓變壓器，單相隔離降壓變壓器輸入端與功率單元輸入熔斷器前任兩相連接，所述單相隔離降壓變壓器的副邊繞組輸出一端直接與接觸器的線圈連接，另一端與接觸器線圈控制驅(qū)動電路連接。功率單元正常工作時，由于功率單元控制板沒給旁路指令，繼電器Kl常開觸點斷開，則接觸器線圈KM不得電，接觸器的主觸點KMl處于斷開狀態(tài)，旁路裝置開路。如圖6A當(dāng)功率單元出現(xiàn)故障(如驅(qū)動故障、過溫故障等)，單元控制板立即封鎖單相H逆變橋開關(guān)器件Ql Q4的驅(qū)動信號將其關(guān)斷；再發(fā)旁路指令驅(qū)動繼電器Kl線圈動作， 繼電器Kl常開觸點轉(zhuǎn)換為常閉，接觸器線圈得電，其主觸點KMl閉合，將功率單元輸出U、V 短路；接觸器輔助常開觸點KMll閉合，反饋回單元控制板判斷旁路成功；與繼電器Kl常開觸點并聯(lián)的接觸器輔助常開觸點KM21閉合，接觸器線圈KM的控制電源同時通過繼電器Kl 常開觸點和接觸器輔助常開觸點KM21形成回路。如圖6A功率單元成功旁路，級聯(lián)型高壓變頻器裝置繼續(xù)正常運行，故障旁路單元再發(fā)生輸入熔絲兩相缺相或控制電源故障，單元控制板失電，旁路指令無效不受控使得繼電器Kl線圈失電，繼電器Kl閉合的常開觸點又?jǐn)嚅_；如圖6B所示，此時功率單元旁路接觸器KM線圈由其冗余的輔助觸點KM21構(gòu)成控制電回路，使接觸器的主觸點KM1、輔助觸點 KM1UKM21保持閉合狀態(tài)，即高壓變頻器能繼續(xù)正常運行，大大的提高了級聯(lián)型高壓變頻器的可靠性和穩(wěn)定性。圖5為本發(fā)明第二實施例電路原理圖。圖5第二實施例與圖4第一實施例的區(qū)別在于將單相隔離降壓變壓器TM替換為單相AC/DC變換電路。這兩種實施例的工作原理完全相同，這里不再贅述；他們的主要區(qū)別在于圖4所示旁路開關(guān)采用的是交流接觸器，其控制電源簡單可靠；而圖5所示旁路開關(guān)為線圈直流控制型接觸器，該方式接觸器動作更快，更能保證功率單元旁路裝置快速進(jìn)入冗余控制狀態(tài)。以上實施例僅用于說明本發(fā)明，并不以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。本領(lǐng)域技術(shù)人員基于本發(fā)明技術(shù)方案所做的等效變換，均屬于本發(fā)明保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種具有冗余控制功能的功率單元旁路電路，包括并聯(lián)在功率單元單相逆變輸出 U、V端的通用接觸器和旁路冗余控制電路，其特征在于，所述旁路冗余控制電路包括單元控制板、接觸器線圈控制電源變換電路和接觸器線圈冗余控制電路；所述接觸器線圈冗余控制電路包括接觸器驅(qū)動電路和接觸器冗余控制電路，所述接觸器驅(qū)動電路包括單元控制板，單元控制板給出的旁路命令驅(qū)動一繼電器，所述繼電器的一組常開觸點串聯(lián)在接觸器控制線圈回路中；所述接觸器冗余控制電路是指將接觸器的第二常開輔助觸點與串聯(lián)在接觸器控制線圈回路中的繼電器一組常開觸點并聯(lián)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有冗余控制功能的功率單元旁路電路，其特征在于 所述接觸器線圈冗余控制電路還包括旁路成功反饋檢測電路，所述旁路成功反饋檢測電路是指與單元控制板連接的接觸器的第一常開輔助觸點。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有冗余控制功能的功率單元旁路電路，其特征在于 所述接觸器線圈控制電源變換電路為單相隔離降壓變壓器，單相隔離降壓變壓器輸入端與功率單元輸入熔斷器前任兩相連接，所述單相隔離降壓變壓器的副邊繞組輸出一端直接與接觸器的線圈連接，另一端與接觸器線圈控制驅(qū)動電路連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有冗余控制功能的功率單元旁路電路，其特征在于 所述接觸器線圈控制電源變換電路為AC/DC變換電路，所述AC/DC變換電路輸入與功率單元輸入熔斷器前任兩相連接，所述AC/DC變換電路的輸出正極端與接觸器線圈正極直接相連，另負(fù)極端與接觸器線圈控制驅(qū)動電路連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有冗余控制功能的功率單元旁路電路，包括并聯(lián)在功率單元單相逆變輸出U、V端的通用接觸器和旁路冗余控制電路，其特征在于，所述旁路冗余控制電路包括單元控制板、接觸器線圈控制電源變換電路和接觸器線圈冗余控制電路；所述接觸器線圈冗余控制電路包括接觸器驅(qū)動電路和接觸器冗余控制電路，所述接觸器驅(qū)動電路包括單元控制板，單元控制板給出的旁路命令驅(qū)動一繼電器，所述繼電器的一組常開觸點串聯(lián)在接觸器控制線圈回路中；所述接觸器冗余控制電路是指將接觸器的第二常開輔助觸點與串聯(lián)在接觸器控制線圈回路中的繼電器一組常開觸點并聯(lián)。本發(fā)明的旁路控制電路可以保證功率單元在任何時候發(fā)生任何故障均能可靠旁路運行。
文檔編號H02M1/32GK102394554SQ20111030986
公開日2012年3月28日 申請日期2011年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月13日
發(fā)明者丁明進(jìn), 劉春松, 李冰, 楊軼成, 王前雙, 霍利杰, 黃韜 申請人:國電南京自動化股份有限公司