專利名稱：：一種單元串聯(lián)高壓變頻器的單元旁路裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本實用新型屬于電力電子
技術(shù)領(lǐng)域：
。更具體是一種單元串聯(lián)式高壓變頻器的單元旁路裝置，適用于任何類似單元串聯(lián)裝置。
背景技術(shù)：
：隨^:高壓變頻器在電力、冶金、石油、化工等關(guān)系重大場合的廣泛應(yīng)用，對高壓變頻器的穩(wěn)定可靠運行提出了更高的要求?，F(xiàn)階段高壓變頻器主電路普遍采用功率單元串聯(lián)技術(shù)，有著諧波小、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運行，甚至跳機，使得高壓變頻器的工作可靠性大大降低，不僅給生產(chǎn)安全帶來了極大的隱患，同時也會給用戶帶來不可估量的經(jīng)濟損失。采用功率單元旁路裝置，當(dāng)單元發(fā)生故障時，有效地將故障單元切除，調(diào)整無故障單元工作狀態(tài)，使得高壓變頻器能夠繼續(xù)運行，大大提高了高壓變頻器的運行可靠性和安全性?，F(xiàn)在大多數(shù)高壓變頻器采用的旁路電路由設(shè)置在單元輸出旁邊的二極管整流橋和晶閘管或其他類似的電子開關(guān)器件構(gòu)成(此處整流橋并非傳統(tǒng)意義上的整流作用，而是給電流提供雙向?qū)ㄍǖ?，該整流橋的交流輸入兩端與單元輸出相連，直流輸出兩端與晶閘管相連。當(dāng)單元發(fā)生故障時，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，該旁路裝置結(jié)構(gòu)簡單，體積小，重量輕，維護(hù)方便，然而存在以下問題一，當(dāng)單元功率開關(guān)器件IGBT控制脈沖被封鎖或功率單元輸出電壓為零電平時，旁路裝置中的晶閘管兩端電壓為零，此時若控制IGBT使得功率單元輸出有電平，功率單元的直流電壓會直接加在晶閘管的陰陽兩極，使得晶閘管承受了超過其耐受能力的，^，易導(dǎo)致其誤導(dǎo)通，引發(fā)功率單元的短路故障。二，由于旁路裝置和功率單元裝置均由電子式開關(guān)器件組成，具有同類型產(chǎn)品共同的缺陷，如當(dāng)過電壓時某一裝置的燒損而另一裝置也極有可能在同一環(huán)境中燒損，使得整個系統(tǒng)可靠性降低。三，當(dāng)前旁路大多由單元控制板控制，當(dāng)單元控制板發(fā)生故障時，該單元即不能正常工作，也無法被單元控制板控制旁路。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型目的是在于提供一種單元串聯(lián)高壓變頻器的單元旁路裝置，裝置結(jié)構(gòu)簡單，能夠安全可靠地旁路切除故障單元，消除其他類型的旁路系統(tǒng)誤導(dǎo)通和拒導(dǎo)通的隱患。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型的技術(shù)方案是旁路裝置主要包括主電路控制板、旁路集中控制板、旁路接觸器、隔離變壓器以及旁路控制程序。所述的旁路集中控制板分別與主電路控制板、隔離變壓器一次側(cè)相連；隔離變壓器二次測與旁路接觸器相連，旁路接觸器同時與相對應(yīng)的功率單元相連。所述主電路控制板為基于一種芯片(如FPGA、DSP、ARM或單片機)的嵌入式系統(tǒng)，或同等運算處理能力的控制系統(tǒng)，它與其他輔助設(shè)備通訊，負(fù)責(zé)整個變頻器控制信號的處理和輸出，其中包括旁路信號的處理和輸出。主電路控制板從故障單元接受到故障信號，判斷是否需要旁路，需要時將旁路控制信號以通訊方式發(fā)送到旁路集中控制板，另外旁路集中控制板反饋接觸器狀態(tài)信號到主電路控制板，主電路控制板和旁路集中控制板采用光纖串口通訊方式，但實際不局限于光纖通訊，光纖通訊的優(yōu)點是將旁路集中控制板和主電路控制板實施電氣隔離，減小了兩板之間電氣干擾。傳統(tǒng)的旁路是由單元控制板實施旁路控制動作，而本實用新型采用獨立的旁路集中控制板，結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)方便，且解決了因功率器件故障導(dǎo)致的單元控制板失電或單元控制板本身故障而不能有效切除的問題。旁路集中控制板主要由光電轉(zhuǎn)換芯片，控制芯片，驅(qū)動芯片，繼電器構(gòu)成。光電轉(zhuǎn)換芯片一端通過光纖與主電路控制板相連，另一端與控制芯片相連。使用兩個光電轉(zhuǎn)換芯片，一個接受主電路控制板的光信號并轉(zhuǎn)化為電信號傳送至控制芯片，另一個將控制芯片的電信號轉(zhuǎn)化為光信號傳輸至主電路控制板?？刂菩酒鶕?jù)主控發(fā)送來的信號負(fù)責(zé)判斷所需旁路單元的名稱，然后將旁路控制信號輸出到與所需旁路單元相對應(yīng)的驅(qū)動芯片，驅(qū)動芯片信號輸出端與本身相對應(yīng)的繼電器控制端相連，旁路集中控制板上的繼電器輸出作為旁路集中控制板的控制輸出與相應(yīng)的隔離變壓器一次側(cè)相連，隔離變壓器二次側(cè)與相應(yīng)的旁路接觸器的控制線圈相連。旁路接觸器有兩個通道，常閉接點通道和常開接點通道，常閉接點通道與相應(yīng)的單元輸出串聯(lián)，常開接點通道與相應(yīng)的單元輸出并聯(lián)。旁路集中控制板與接觸器通過隔離變壓器相連，不僅可以調(diào)整電壓使得控制電壓與接觸器的控制線圈所需電壓相匹配，而且使得旁路集中控制板與接觸器等高壓器件有電氣隔離，保證了旁路集中控制板的安全工作。整個旁路裝置采用行之有效的控制程序，確保故障單元安全可靠地被旁路切除。步驟如下A:單元故障信號傳遞到主電路控制板，主電路控制板判斷是否需要切除故障單元，當(dāng)需要切除時，先保存當(dāng)前變頻器輸出電壓幅值f/。和頻率F。，以備故障單元成功切除后變頻器恢復(fù)正常輸出時使用。B:根據(jù)"=丄，^^，為防止接觸器動作過程中的操作過電壓，切斷主回路電流，主電路控制板立即封鎖全部單元的功率開關(guān)控制信號，然后再發(fā)送故障單元的旁路信號到旁路集中控制板，使得故障單元對應(yīng)的接觸器動作。C:等待一定時間(具體時間由所選的接觸器而定，一般可選為200ms400ms)，旁路接觸器動作完成，旁路集中控制板發(fā)送相應(yīng)的接觸器動作完成狀態(tài)信號至主電路控制板。之后主電路控制板立即進(jìn)入準(zhǔn)備重新發(fā)送各個單元功率開關(guān)器件的驅(qū)動控制信號的狀態(tài)。D:為消除重新發(fā)送脈沖后高壓變頻器輸出電壓與電機負(fù)載的反電動勢不一致引起的沖擊電流，主電路控制板必須先采集電機定子端由于電機剩磁和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量所產(chǎn)生的反向電動勢，包括頻率F和幅值U，根據(jù)所采集的電機反電勢重新發(fā)送IGBT控制信號，并使變頻器逐漸恢復(fù)到單元旁路前時的輸出工作狀態(tài)，即輸出電壓幅值"。和頻率F0。本實用新型的優(yōu)點以接觸器作為旁路裝置，提高了旁路設(shè)備的耐壓水平，避免其他旁路裝置存在的誤導(dǎo)通和拒導(dǎo)通的隱患。采用獨立的旁路集中控制板集中控制，維護(hù)方便，控制簡單，提高了旁路的安全性和可靠性。圖h—種單元串聯(lián)高壓變頻器的單元旁路裝置示意圖圖2:旁路集中控制板示意圖圖3:高壓變頻器單元旁路控制流程圖圖4:高壓變頻器驅(qū)動負(fù)載示意圖具體實施方式如圖l所示，功率單元9主要由熔斷器8A，8B，8C,整流二極管7A，7B，7C，7D，7E，7F，濾波電容6，功率開關(guān)器件5A，5B，5C，5D構(gòu)成。六個整流二極管構(gòu)成三相全波整流橋，三相交流電源經(jīng)過熔斷器與整流橋的輸入端連接。整流橋的輸出端與濾波電容6組成的電容器組并聯(lián)。4個功率開關(guān)器件(如IGBT)構(gòu)成H型逆變橋，逆變橋的輸入端與濾波電容器6組成的電容器組相連，輸出端與旁路接觸器4相連。功率單元9作為單元串聯(lián)式高壓變頻器基本單元，其結(jié)構(gòu)現(xiàn)階段已被廣泛采用，技術(shù)亦相當(dāng)成熟。本實用新型所述旁路裝置l由旁路集中控制板2，隔離變壓器3，旁路接觸器4以及主電路控制板10組成。主電路控制板10為基于一種控制芯片(如FPGA、DSP、ARM或單片機)的嵌入式系統(tǒng)，或具有同等運算處理能力的控制系統(tǒng)，它與其他輔助設(shè)備通訊，負(fù)責(zé)整個變頻器控制信號的處理和輸出，其中包括旁路信號的處理和輸出。主電路控制板10從故障單元接受到故障信號，判斷是否需要旁路，需要時將旁路控制信號以通訊方式發(fā)送到旁路集中控制板2，另外旁路集中控制板2反饋接觸器狀態(tài)信號到主電路控制板，主電路控制板10和旁路集中控制板2可采用光纖串口通訊方式或其他通訊方式，本實用新型采用光纖通訊，但實際不局限于光纖通訊，光纖通訊的優(yōu)點是將旁路集中控制板2和主電路控制板10實施電氣隔離，減小了兩板之間電氣千擾。傳統(tǒng)的旁路電路是由單元控制板實施旁路控制動作，而本系統(tǒng)采用獨立的旁路集中控制板2，如圖2所示，旁路集中控制板2由光電轉(zhuǎn)換芯片12A、12B，控制芯片13(如FPGA)，驅(qū)動芯片14A、14B、14C、14D，繼電器15A、15B、15C、15D構(gòu)成。光電轉(zhuǎn)換芯片12A、12B的一端通過與之相對應(yīng)的光纖IIA、11B與主電路控制板10相連，光電轉(zhuǎn)換芯片12A、12B的另一端與控制芯片13相連。使用兩個光電轉(zhuǎn)換芯片12A、12B，光電轉(zhuǎn)換芯片12A接受主電路控制板10的光信號并轉(zhuǎn)化為電信號傳送至控制芯片13,光電轉(zhuǎn)換芯片12B將控制芯片13的電信號轉(zhuǎn)化為光信號傳輸至主電路控制板10?？刂菩酒?3根據(jù)變頻器單元數(shù)目設(shè)置相應(yīng)數(shù)量的控制輸出端，根據(jù)主電路控制板IO發(fā)送來的信號控制芯片13負(fù)責(zé)判斷所需旁路單元，然后將旁路控制信號從所需旁路單元相應(yīng)的輸出端輸出到相應(yīng)的驅(qū)動芯片14A、14B、14C、14D等，驅(qū)動芯片14A、14B、14C、14D等的信號輸出端與本身相應(yīng)的繼電器15A、15B、15C、15D等控制端相連，旁路集中控制板2上的繼電器15A、15B、15C、15D輸出作為旁路集中控制板2的控制輸出與相應(yīng)的隔離變壓器3的一側(cè)相連(圖中旁路集中控制板可并行輸出控制36個隔離變壓器，其接線方式和控制方式均相同，圖中19指其他路控制輸出接線端子)。隔離變壓器3的另一側(cè)與相應(yīng)的旁路接觸器4的控制線圈相連。旁路接觸器4有兩個通道，常閉接點通道和常開接點通道，常閉接點通道與相應(yīng)的單元輸出串聯(lián)，常開接點通道與相應(yīng)的單元輸出并聯(lián)。旁路集中控制板2與旁路接觸器4通過隔離變壓器3相連，不僅可以調(diào)整電壓使得控制電壓與接觸器的控制線圈所需電壓相匹配，而且使得旁路集中控制板2與高壓器件旁路接觸器4有電氣隔離，保證了旁路集中控制板2的安全工作。當(dāng)功率單元工作狀態(tài)發(fā)生變化，如從脈沖封鎖或輸出零電平到輸出非零電平變化時，旁路裝置兩端施加的電壓，4較大，本實用新型采用旁路接觸器4作為旁路裝置，縱使^4再大，旁路裝置也不會產(chǎn)生誤導(dǎo)通，使得單元旁路安全可靠性得到提高。采用旁路集中控制板，不僅結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)方便，而且解決了單元因單元控制板故障而不能有效切除的問題。同時給旁路集中控制板配備獨立的電源供電，避免了單元掉電故障時，單元不能給旁路控制正常供電工作的情形，從而避免旁路失敗。當(dāng)某個單元發(fā)生故障時，采用與之相適應(yīng)的控制程序，保證故障單元安全可靠地被旁路切除，旁路控制流程圖如圖3，其控制流程步驟如下A:單元故障信號傳遞到主電路控制板10，判斷是否需要切除故障單元，當(dāng)需要切除時，先保存當(dāng)前變頻器輸出電壓幅值C/。和頻率F。，以備故障單元成功切除后變頻器恢復(fù)正常輸出時使用。B:根據(jù)"=丄，^^,為防止接觸器動作過程中的操作過電壓，切斷主回路電流，主電路控制板10應(yīng)立即封鎖全部單元的開關(guān)器件IGBT的開關(guān)控制信號，然后再發(fā)送故障單元的旁路信號到旁路集中控制板2，使得故障單元的接觸器4動作。C:等待一定時間(具體時間由所選的接觸器而定，一般可選為200ms400ms)，旁路接觸器4動作完成，旁路集中控制板2發(fā)送相應(yīng)的接觸器3動作完成狀態(tài)信號至主電路控制板7。之后主電路控制板10立即進(jìn)入準(zhǔn)備重新發(fā)送IGBT驅(qū)動控制信號狀態(tài)。D:如圖4，高壓變頻器16正常工作時，高壓變頻器16通過動力電纜18與電機負(fù)載17相連，為消除重新發(fā)送脈沖后高壓變頻器16輸出電壓與電機負(fù)載17的反電動勢不一致引起的沖擊電流，主電路控制板IO必須先采集電機定子端由于電機剩磁和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量所產(chǎn)生的反向電動勢，包括頻率F和幅值U，根據(jù)所采集的電機反電勢重新發(fā)送IGBT控制信號，并使變頻器逐漸恢復(fù)到單元旁路前時的輸出工作狀態(tài)，即輸出電壓幅值f/。和頻率F。。采用以上旁路控制程序流程，安全可靠的將故障單元旁路切除，并且電機負(fù)載所承受的沖擊電流最小，實現(xiàn)了高壓變頻器的高性能可靠安全運行。附表本實用新型所用到各元器件型號及廠家:<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>綜上所述，本實用新型所提出新型單元旁路系統(tǒng)有著過往以及現(xiàn)在普遍采用方式所不能及的優(yōu)點，為高壓變頻器安全可靠工作打開了一扇新的窗戶，開拓了單元串聯(lián)高壓變頻器單元旁路新的發(fā)展方向。權(quán)利要求1.一種單元串聯(lián)高壓變頻器的單元旁路裝置，其特征在于旁路裝置(1)包括主電路控制板(10)、旁路集中控制板(2)、隔離變壓器(3)和旁路接觸器(4)，所述的旁路集中控制板(2)分別與主電路控制板(10)、隔離變壓器(3)相連；隔離變壓器(3)的與旁路接觸器(4)相連，旁路接觸器(4)與相對應(yīng)的功率單元(9)相連。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單元串聯(lián)高壓變頻器的單元旁路裝置，其特征在于旁路集中控制板(2)由光電轉(zhuǎn)換芯片(12A、12B)、控制芯片(13)、驅(qū)動芯片(14A、14B、14C、14D)、繼電器(15A、15B、15C、15D)構(gòu)成，光電轉(zhuǎn)換芯片(12A、12B)—端通過光纖(IIA、11B)與主電路控制板(10)相連，光電轉(zhuǎn)換芯片(12A、12B)另一端與控制芯片(13)相連，光電轉(zhuǎn)換芯片(12A)接受主電路控制板(10)的光信號并轉(zhuǎn)化為電信號傳送至控制芯片(13)，光電轉(zhuǎn)換芯片(12B)將控制芯片(13)的電信號轉(zhuǎn)化為光信號傳輸至主電路控制板(10)，驅(qū)動芯片(14A、14B、14C、14D)信號輸出端與繼電器(15A、15B、15C、15D)控制端相連，旁路集中控制板(2)上的繼電器(15A、15B、15C、15D)輸出為旁路集中控制板(2)的控制輸出與相應(yīng)的隔離變壓器(3)—側(cè)相連，隔離變壓器(3)的另一側(cè)與相應(yīng)的旁路接觸器(4)的控制線圈相連，旁路接觸器(4)有兩個通道，常閉接點通道和常開接點通道，常閉接點通道與單元輸出串聯(lián)，常開接點通道與相應(yīng)的單元輸出并聯(lián)，旁路集中控制板(2)與旁路接觸器(4)通過隔離變壓器(3)相連。專利摘要本實用新型公開了一種單元串聯(lián)高壓變頻器的單元旁路裝置，旁路集中控制板分別與主電路控制板、隔離變壓器相連；隔離變壓器另一端與旁路接觸器相連，旁路接觸器與單元輸出相連。旁路裝置由主電路控制板、旁路集中控制板、隔離變壓器、旁路接觸器構(gòu)成。本實用新型結(jié)構(gòu)簡單，能夠安全可靠地旁路切除故障單元，消除其他類型的旁路系統(tǒng)誤導(dǎo)通和拒導(dǎo)通的隱患，保證了整個旁路方法安全可靠動作。文檔編號H02M5/44GK201081848SQ20072008646公開日2008年7月2日申請日期2007年8月14日優(yōu)先權(quán)日2007年8月14日發(fā)明者松王,王宏英,褚立峰申請人:湖北三環(huán)發(fā)展股份有限公司