單元串聯(lián)式高壓變頻器的帶旁路功能的功率單元的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種單元串聯(lián)式高壓變頻器的帶旁路功能的功率單元，包括輸入熔斷器、整流橋、第一濾波電路、H逆變橋、旁路電路，單元控制板和旁路控制板；所述單元控制板包括第一開關(guān)電源電路及雙路電源控制電路；所述旁路控制板包括由所述功率單元的三相交流輸入端供電的第二開關(guān)電源電路；所述雙路控制電源電路包括分別連接第一開關(guān)電源電路輸出端的第一輸入端和連接第二開關(guān)電源電路輸出端的第二輸入端，并在第一輸入端電壓小于第二輸入端時，將經(jīng)由第一輸入端獲得輸入電流切換到經(jīng)由第二輸入端獲得輸入電流。本實用新型的有益效果是，在各種故障情況下，均能安全可靠的旁路切除故障單元。
【專利說明】單元串聯(lián)式高壓變頻器的帶旁路功能的功率單元

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及電力電子【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地說，涉及一種單元串聯(lián)式高壓變頻器的帶旁路功能的功率單元。

【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)階段高壓變頻器主拓?fù)淦毡椴捎霉β蕟卧?lián)技術(shù)，具有諧波小、單元可互換、可批量生產(chǎn)、維護(hù)方便等優(yōu)點。然而在上述高壓變頻器中，若某一個或幾個功率單元在運行過程中發(fā)生故障，將導(dǎo)致整個變頻器不能正常工作，甚至高壓跳閘，使得高壓變頻器的可靠性大大降低，給生產(chǎn)安全帶來了極大的隱患，給用戶帶來不可估量的經(jīng)濟(jì)損失。為了提高高壓變頻器的可靠性和安全性，一般采用功率單元旁路裝置，當(dāng)功率單元發(fā)生故障時，可以有效地將故障的功率單元切除，調(diào)整無故障功率單元工作狀態(tài)，使得高壓變頻器能夠繼續(xù)運行。
[0003]現(xiàn)有高壓變頻器的功率單元旁路方式主要有以下幾種:
[0004]第一種是由二極管整流橋和晶閘管構(gòu)成，如圖1所示，二極管整流橋的交流輸入端與功率單元輸出端相連，晶閘管的控制電源由單元控制板提供，單元控制板的輸入電源引自單元直流母線，再經(jīng)過單元控制板上的開關(guān)電源電路調(diào)制產(chǎn)生晶閘管的控制電源，以控制晶閘管的導(dǎo)通與關(guān)閉。當(dāng)單元發(fā)生故障時，單元控制板發(fā)出控制信號封鎖逆變橋的驅(qū)動脈沖，同時觸發(fā)晶閘管使得單元所在相的相電流經(jīng)二極管整流橋和晶閘管所組成的旁路流過，此時故障單元被旁路切除。然而，在旁路功能動作時，晶閘管會承受了超過其耐受能力的dv/dt，易導(dǎo)致其誤導(dǎo)通，引發(fā)功率單元的短路故障；另外當(dāng)由功率單元出現(xiàn)輸入熔斷器損壞、整流橋損壞、或其他故障引起的單元控制板電源故障情況時均不能實現(xiàn)功率單元的芳路功能。
[0005]第二種是由兩個對接的IGBT (絕緣柵雙極型晶體管)構(gòu)成，如圖2所示，兩個對接的IGBT上下兩端子與單元輸出端相連，IGBT的控制電源由單元控制板提供，單元控制板的輸入電源引自單元直流母線，再經(jīng)過單元控制板上的開關(guān)電源電路調(diào)制產(chǎn)生IGBT的控制電源，以控制IGBT的導(dǎo)通與關(guān)閉。當(dāng)單元發(fā)生故障時，單元控制板發(fā)出控制信號封鎖逆變橋的驅(qū)動脈沖，同時控制兩個對接的IGBT導(dǎo)通，此時故障單元被旁路切除。其缺點是當(dāng)由功率單元出現(xiàn)輸入熔斷器損壞、整流橋損壞、或其他故障引起的單元控制板電源故障情況時均不能實現(xiàn)功率單元的旁路功能。
[0006]第三種是由旁路接觸器構(gòu)成，如圖3所示，旁路接觸器的常開端和常閉端分別與單元輸出端相連，旁路接觸器由集中控制板控制，通過一獨立的旁路集中控制板產(chǎn)生所有功率單元旁路接觸器的控制電路。當(dāng)功率單元發(fā)生故障時，單元控制板發(fā)出控制信號封鎖逆變橋的驅(qū)動脈沖，同時旁路集中控制板控制旁路接觸器線圈接通電源，釋放其常閉觸點，吸合常開觸點，此時故障單元被旁路切除。然而該方式中的接觸器觸點和線圈之間需要很高的絕緣耐壓(相當(dāng)于變頻器主回路輸出電壓等級，如10KV)，需要使用特殊設(shè)計或者進(jìn)過改裝的接觸器(比如在觸點和推動線圈之間加入絕緣桿)，成本非常高，可靠性大大降低。另外旁路接觸器的控制線纜數(shù)量多，導(dǎo)致整機(jī)布線工藝復(fù)雜，且旁路控制電源也只有一路，可靠性低。
[0007]第四種是由旁路接觸器構(gòu)成，如圖4所示，旁路接觸器的常開及常閉端子分別與單元輸出相連，旁路接觸器的控制電路由每個功率單元單獨提供，每個功率單元有獨立的旁路接觸器控制電路，其控制電源分別取自每個功率單元的直流母線，再經(jīng)過開關(guān)電源電路調(diào)制產(chǎn)生旁路接觸器的控制電源。當(dāng)單元發(fā)生故障時，單元控制板發(fā)出控制信號封鎖逆變橋的驅(qū)動脈沖，同時控制接觸器線圈接通電源，釋放常閉觸點，吸合常開觸點，此時故障單元被旁路切除。其缺點是當(dāng)由功率單元出現(xiàn)輸入熔斷器損壞、整流橋損壞、或其他故障引起的單元控制板電源故障情況下均不能實現(xiàn)功率單元的旁路功能。
實用新型內(nèi)容
[0008]本實用新型要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺點，提供一種單元串聯(lián)高壓變頻器的帶旁路功能的功率單元，在各種故障情況下均能夠安全可靠地旁路切除故障單元，消除在某些故障下系統(tǒng)不能實現(xiàn)功率單元旁路功能的隱患。
[0009]本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種單元串聯(lián)式高壓變頻器的帶旁路功能的功率單元，包括H逆變橋、旁路電路、單元控制板和旁路控制板，其中所述單元控制板元在功率單元發(fā)生故障時發(fā)出封鎖H逆變橋的信號及使旁路電路工作的信號，其特征在于:所述單元控制板包括由功率單元的直流母線供電的第一開關(guān)電源電路及為所述單元控制板和所述旁路控制板上的用電元器件供電的雙路電源控制電路；所述旁路控制板包括由所述功率單元的三相交流輸入端供電的第二開關(guān)電源電路；所述雙路控制電源電路包括分別連接第一開關(guān)電源電路輸出端的第一輸入端和連接第二開關(guān)電源電路輸出端的第二輸入端，并在第一輸入端電壓小于第二輸入端時，將經(jīng)由第一輸入端獲得輸入電流切換到經(jīng)由第二輸入端獲得輸入電流。
[0010]在上述單元串聯(lián)式高壓變頻器的帶旁路功能的功率單元中，所述雙路控制電源電路還包括第一二極管、電壓調(diào)整器、所述第二輸入端連接所述第一二極管的陽極，且所述第一二極管的陰極、所述第一輸入端分別連接至所述電壓調(diào)整器的輸入端。
[0011]在上述單元串聯(lián)式高壓變頻器的帶旁路功能的功率單元中，所述雙路控制電源電路還包括第一濾波電容和第二濾波電容，其中:所述第一濾波電容連接在電壓調(diào)整器的輸入端和參考地之間，所述第二濾波電容連接在電壓調(diào)整器的輸出端和參考地之間。
[0012]在上述單元串聯(lián)式高壓變頻器的帶旁路功能的功率單元中，所述第一開關(guān)電源電路的輸出電壓高于第二開關(guān)電源電路的輸出電壓。
[0013]在上述單元串聯(lián)式高壓變頻器的帶旁路功能的功率單元中，所述旁路控制板還包含整流電路、第二濾波電路，在旁路控制板上，所述功率單元的三相交流輸入經(jīng)由所述整流電路和所述第二濾波電路連接到所述第二開關(guān)電源電路。
[0014]在上述單元串聯(lián)式高壓變頻器的帶旁路功能的功率單元中，所述旁路電路可以為旁路接觸器，或兩個對接的IGBT。
[0015]在上述單元串聯(lián)式高壓變頻器的帶旁路功能的功率單元中，所述單元控制板和所述旁路控制板位于不同的印刷電路板。
[0016]在上述單元串聯(lián)式高壓變頻器的帶旁路功能的功率單元中，所述單元控制板和所述旁路控制板集成到同一印刷電路板。
[0017]本實用新型的有益效果是:在各種故障情況下均能夠安全可靠地旁路切除故障單元，消除在某些故障下系統(tǒng)不能實現(xiàn)功率單元旁路功能的隱患。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是現(xiàn)有技術(shù)中的第一種功率單元旁路方式的電路圖。
[0019]圖2是現(xiàn)有技術(shù)中的第二種功率單元旁路方式的電路圖。
[0020]圖3是現(xiàn)有技術(shù)中的第三種功率單元旁路方式的電路圖。
[0021]圖4是現(xiàn)有技術(shù)中的第四種功率單元旁路方式的電路圖。
[0022]圖5是本實用新型的串聯(lián)式高壓變頻器的帶旁路功能的功率單元的電路結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖6是圖5中的功率單元的單元控制板和旁路控制板的電路示意方框圖。
[0024]圖7是圖6中的雙路控制電源電路的電路圖。
[0025]圖8是本實用新型第一實施例的串聯(lián)式高壓變頻器的帶旁路功能的功率單元的電路圖。
[0026]圖9是本實用新型第二實施例的串聯(lián)式高壓變頻器的帶旁路功能的功率單元的電路圖。

【具體實施方式】
[0027]為了使本實用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本實用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。
[0028]如圖5所示，本實用新型的串聯(lián)式高壓變頻器的帶旁路功能的功率單元的電路結(jié)構(gòu)示意圖。串聯(lián)式高壓變頻器的功率單元500包括輸入熔斷器501、整流橋502、第一濾波電路503、H逆變橋504、旁路電路505、單元控制板506和旁路控制板507。
[0029]具體地，功率單元500的交流輸入端R/S/T經(jīng)過輸入熔斷器I (限流保護(hù))連接由二極管組成的整流橋502，形成脈動直流電；由濾波電容和電阻組成的第一濾波電路503的直流電源取自直流母線DC+/DC-的輸入電源，并連接整流橋502，對脈動直流電進(jìn)行濾波；H逆變橋504連接第一濾波電路503，用于將該直流電轉(zhuǎn)換為頻率、幅值和相位均可調(diào)的交流電壓；旁路電路505連接H逆變橋504的交流輸出端T1/T2，用于當(dāng)所述功率單元發(fā)生故障時，根據(jù)所述單元控制板發(fā)出的所述旁路電路的工作信號，并通過所述旁路控制板控制所述旁路電路的接通，旁路切除故障單元；單元控制板506的輸入電源取自功率單元的直流母線DC+/DC-的輸入電源，用于對H逆變橋和旁路控制板進(jìn)行控制；旁路控制板507的輸入電源取自功率單元的三相交流輸入R/S/T，用于對旁路電路進(jìn)行控制。
[0030]如圖6所示，圖5中的功率單元的單元控制板和旁路控制板的電路示意方框圖。單元控制板506包含第一開關(guān)電源電路、CPLD控制電路、IGBT驅(qū)動電路、信號檢測電路、雙路控制電源電路。單元控制板的輸入電源取自功率單元的直流母線DC+/DC-的輸入電源，并經(jīng)過第一開關(guān)電源電路的調(diào)制產(chǎn)生低壓的單元控制板電源(如+9V)。
[0031]旁路控制板507包含整流電路、第二濾波電路、第二開關(guān)電源電路、旁路控制電路。旁路控制板的輸入電源取自功率單元的三相交流輸入R/S/T，并經(jīng)過整流電路、第二濾波電路、第二開關(guān)電源電路的調(diào)制產(chǎn)生低壓的旁路控制板電源(如+8V)。
[0032]如圖7所示，圖6中的雙路控制電源電路的電路圖。雙路控制電源電路700包括第一輸入端In1、第二輸入端In2、第一二極管D1、電壓調(diào)整器701、第一濾波電容Cl和第二濾波電容C2 ;所述第二輸入端In2連接所述第一二極管Dl的陽極，且所述第一二極管Dl的陰極、所述第一輸入端Inl分別連接至所述電壓調(diào)整器701的輸入端；所述第一濾波電容Cl連接在所述電壓調(diào)整器701的輸入端和參考地之間、所述第二濾波電容C2連接在所述電壓調(diào)整器701的輸出端和參考地之間、所述電壓調(diào)整器701的接地端連接參考地；所述電壓調(diào)整器701的輸出端與所述第二濾波電容C2的節(jié)點作為雙路控制電源電路700的輸出端，并輸出穩(wěn)定的所述控制電源(如+5V)。
[0033]其中，第一輸入端Inl輸入單?？刂瓢咫娫矗坏诙斎攵薎n2輸入旁路控制板電源。
[0034]下面詳細(xì)描述本實用新型的功率單元在各種故障情況下能旁路切除故障單元的過程和原理。
[0035]在雙路控制電源電路中，旁路控制板電源的電壓值低于單元控制板電源的電壓值，第二輸入端In2與所述電壓調(diào)整器701的輸入端之間串聯(lián)的第一二極管Dl起反向阻斷作用，保證在單元控制板電源正常運行時，由單元控制板電源提供功率單元的控制電源，旁路控制板電源作為熱備狀態(tài)。當(dāng)在單元控制板電源正常運行時，此時功率單元發(fā)生故障，單元控制板發(fā)出控制信號封鎖H逆變橋的驅(qū)動脈沖，并發(fā)出旁路電路的工作信號，控制旁路電路的接通，旁路切除故障單元。
[0036]當(dāng)由功率單元發(fā)生輸入熔斷器損壞、整流橋損壞、或其他故障引起的單元控制板電源故障時，單元控制板電源的電壓值將低于旁路控制板電源的電壓值，旁路控制板電源經(jīng)過第一二極管D1、電壓調(diào)整器701調(diào)制后提供穩(wěn)定的功率單元的控制電源，即由旁路控制板電源將代替單元控制板電源通過電壓調(diào)整器701提供穩(wěn)定的控制電源，使所有控制電路工作，實現(xiàn)功率單元的旁路功能，進(jìn)而能夠安全可靠地旁路切除故障單元。
[0037]如圖8所示，本實用新型第一實施例的串聯(lián)式高壓變頻器的帶旁路功能的功率單元的電路圖。串聯(lián)式高壓變頻器的功率單元800包括輸入熔斷器801、整流橋802、第一濾波電路803、H逆變橋804、旁路接觸器805、單元控制板806和旁路控制板807。
[0038]具體地，功率單元800的交流輸入端R/S/T經(jīng)過輸入熔斷器801 (限流保護(hù))連接由二極管組成的整流橋802，形成脈動直流電；由濾波電容和電阻組成的第一濾波電路803的直流電源取自直流母線DC+/DC-的輸入電源，并連接整流橋802，對脈動直流電進(jìn)行濾波逆變橋804連接第一濾波電路803，用于將該直流電轉(zhuǎn)換為頻率、幅值和相位均可調(diào)的交流電壓；旁路接觸器805連接H逆變橋804的交流輸出端T1/T2，用于當(dāng)所述功率單元發(fā)生故障時，根據(jù)所述單元控制板發(fā)出的所述旁路接觸器的工作信號，并通過所述旁路控制板控制所述旁路接觸器的接通，旁路切除故障單元；單元控制板806的輸入電源取自功率單元的直流母線DC+/DC-的輸入電源，用于對H逆變橋和旁路控制板進(jìn)行控制；旁路控制板807的輸入電源取自功率單元的三相交流輸入R/S/T，用于對旁路接觸器進(jìn)行控制。
[0039]單元控制板和旁路控制板的具體電路方框圖，雙路控制電源的電路圖以及本實施例的過程和原理在上文中已經(jīng)詳細(xì)描述，為了節(jié)省篇幅，在此不再贅述，其中，當(dāng)功率單元800發(fā)生故障時，單元控制板807發(fā)出旁路接觸器805的工作信號，控制旁路接觸器線圈接通電源，釋放其常閉觸點，吸合常開觸點，將旁路切除該故障的功率單元。
[0040]如圖9所示，本實用新型第二實施例的串聯(lián)式高壓變頻器的帶旁路功能的功率單元的電路圖。串聯(lián)式高壓變頻器的功率單元900包括輸入熔斷器901、整流橋902、第一濾波電路903、H逆變橋904、兩個對接的IGBT905、單元控制板906和旁路控制板907。
[0041]具體地，功率單元900的交流輸入端R/S/T經(jīng)過輸入熔斷器901 (限流保護(hù))連接由二極管組成的整流橋902，形成脈動直流電；由濾波電容和電阻組成的第一濾波電路903的直流電源取自直流母線DC+/DC-的輸入電源，并連接整流橋2，對脈動直流電進(jìn)行濾波；H逆變橋904連接第一濾波電路903，用于將該直流電轉(zhuǎn)換為頻率、幅值和相位均可調(diào)的交流電壓；兩個對接的IGBT905連接H逆變橋904的交流輸出端T1/T2用于當(dāng)所述功率單元發(fā)生故障時，根據(jù)所述單元控制板發(fā)出的所述兩個對接的IGBT的工作信號，并通過所述旁路控制板控制所述兩個對接的IGBT的接通，旁路切除故障單元；單元控制板906的輸入電源取自功率單元900的直流母線DC+/DC-的輸入電源，用于對H逆變橋和旁路控制板進(jìn)行控制；旁路控制板907的輸入電源取自功率單元900的三相交流輸入R/S/T，用于對兩個對接的IGBT進(jìn)行控制。
[0042]單元控制板和旁路控制板的具體電路方框圖，雙路控制電源的電路圖以及本實施例的過程和原理在上文中已經(jīng)詳細(xì)描述，為了節(jié)省篇幅，在此不再贅述，其中，當(dāng)功率單元900發(fā)生故障時，單元控制板907發(fā)出兩個對接的IGBT905的工作信號，控制兩個對接的IGBT905導(dǎo)通，將旁路切除該故障的功率單元。
[0043]在上述串聯(lián)式高壓變頻器的帶旁路功能的功率單元中，所述旁路電路也可以采用其他能實現(xiàn)所述旁路電路接通的電子器件。
[0044]同時，在上述串聯(lián)式高壓變頻器的帶旁路功能的功率單元中，在采用相同功能的電路情況下，也可以將單元控制板和旁路控制板合并為一個控制板來實現(xiàn)，即在同一印刷電路板上實現(xiàn)。
[0045]以上所述，僅為本實用新型較佳的【具體實施方式】，但本實用新型的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本實用新型揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本實用新型的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種單元串聯(lián)式高壓變頻器的帶旁路功能的功率單元，包括H逆變橋、旁路電路、單元控制板和旁路控制板，其中所述單元控制板在功率單元發(fā)生故障時發(fā)出封鎖H逆變橋的信號及使旁路電路工作的信號，其特征在于:所述單元控制板包括由功率單元的直流母線供電的第一開關(guān)電源電路及為所述單元控制板和所述旁路控制板上的用電元器件供電的雙路電源控制電路；所述旁路控制板包括由所述功率單元的三相交流輸入端供電的第二開關(guān)電源電路；所述雙路控制電源電路包括分別連接第一開關(guān)電源電路輸出端的第一輸入端和連接第二開關(guān)電源電路輸出端的第二輸入端，并在第一輸入端電壓小于第二輸入端時，將經(jīng)由第一輸入端獲得輸入電流切換到經(jīng)由第二輸入端獲得輸入電流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單元串聯(lián)式高壓變頻器的帶旁路功能的功率單元，其特征在于，所述雙路控制電源電路還包括第一二極管、電壓調(diào)整器、所述第二輸入端連接所述第一二極管的陽極，且所述第一二極管的陰極、所述第一輸入端分別連接至所述電壓調(diào)整器的輸入端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單元串聯(lián)式高壓變頻器的帶旁路功能的功率單元，其特征在于，所述雙路控制電源電路還包括第一濾波電容和第二濾波電容，其中:所述第一濾波電容連接在電壓調(diào)整器的輸入端和參考地之間，所述第二濾波電容連接在電壓調(diào)整器的輸出端和參考地之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單元串聯(lián)式高壓變頻器的帶旁路功能的功率單元，其特征在于，所述第一開關(guān)電源電路的輸出電壓高于第二開關(guān)電源電路的輸出電壓。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單元串聯(lián)式高壓變頻器的帶旁路功能的功率單元，其特征在于，所述旁路控制板還包含整流電路、第二濾波電路，功率單元的三相交流輸入經(jīng)由所述整流電路和第二濾波電路連接到所述第二開關(guān)電源電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一所述的一種單元串聯(lián)式高壓變頻器的帶旁路功能的功率單元，其特征在于，所述旁路電路為旁路接觸器，或兩個對接的IGBT。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一所述的一種單元串聯(lián)式高壓變頻器的帶旁路功能的功率單元，其特征在于，所述單元控制板和所述旁路控制板位于不同的印刷電路板。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一所述的一種單元串聯(lián)式高壓變頻器的帶旁路功能的功率單元，其特征在于，所述單元控制板和所述旁路控制板集成到同一印刷電路板。
【文檔編號】H02M5/44GK204030971SQ201420478456
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年8月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月22日
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