專利名稱：一種交流逆變式高壓變頻器預(yù)充電電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種交流逆變式高壓變頻器預(yù)充電電路，特別是一種通過交流逆 變設(shè)備產(chǎn)生激磁電流對變壓器進(jìn)行勵磁，從而避免了激磁電流在限流電阻上消耗較大功率 的預(yù)充電電路，屬于高壓變頻器技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，變頻器作為電力電子技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，在國民經(jīng)濟(jì)的 各個領(lǐng)域如冶金、石化、自來水、電力等行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用，并發(fā)揮著越來越重要的作用， 特別是，高壓大功率變頻器的應(yīng)用日漸廣泛。在高壓變頻器中，由功率單元(又稱功率模塊、變流單元，如圖2所示)串聯(lián)構(gòu)成 的高壓大功率變頻器(如圖1所示)作為適合中國國情、性能優(yōu)異的變頻器，受到眾多變頻 器生產(chǎn)廠商、科研院所、工程技術(shù)人員、用戶的青睞。高壓大功率變頻器有多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，篇幅所限，本說明書僅針對在市場上應(yīng)用最 為廣泛的單元串聯(lián)多電平型高壓變頻器進(jìn)行敘述。本專利所述技術(shù)應(yīng)用于其他拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的 高壓變頻器時，其工作原理、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、控制方法與本說明書的敘述完全相同。這種高壓變頻器結(jié)構(gòu)已經(jīng)在中國實(shí)用新型專利ZL97100477. 3中公開。該高壓變 頻器在電網(wǎng)側(cè)有一個整流變壓器，此整流變壓器有多個副邊繞組，為了抑制對電網(wǎng)的諧波， 這些副邊繞組常常采用曲折繞法，達(dá)到移相的效果，分別給各個串聯(lián)的功率單元供電。每個 功率單元為3相輸入、單相輸出的電壓源型變頻器。在電路原理上，此整流變壓器起到了隔離的作用，使各功率單元相互之間在輸入 側(cè)隔離，這樣，由于功率單元的逆變橋在輸出側(cè)相互串聯(lián)，功率單元的整體電位(電勢)就 會逐級提高。通常，此整流變壓器有一個輔助繞組，為變頻器的冷卻風(fēng)機(jī)供電。目前，高壓變頻器在高壓上電時，通常采用直接沖擊的方法，即直接閉合為其供電 的高壓斷路器。用這種方法在高壓上電時，會對高壓電網(wǎng)產(chǎn)生7至10倍于額定電流的沖擊 電流，影響電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。同時，會對功率單元內(nèi)的直流電容和整流器件產(chǎn)生很大 的沖擊電流，影響其使用壽命。一種解決方法是在變頻器的高壓輸入側(cè)安裝激磁涌流抑制電路。該電路由限流電 阻和與之并聯(lián)的高壓開關(guān)(高壓真空斷路器或者高壓真空接觸器)組成。該電路串聯(lián)在高 壓電源與高壓變頻器的輸入端之間。在高壓上電前，高壓開關(guān)處于斷開狀態(tài)，通過限流電阻 對高壓變頻器進(jìn)行充電，充電完成后，閉合高壓開關(guān)，充電過程結(jié)束。由于該電路屬于高壓 電路，所用的器件為高壓器件，所以成本遠(yuǎn)高于本專利所述電路，體積也遠(yuǎn)大于本專利所述 電路。另一種解決方法是通過低壓電源和限流電阻向整流變壓器的輔助繞組供電，通過 變壓器在副邊繞組上產(chǎn)生感應(yīng)電壓，對功率單元的直流電容進(jìn)行充電。隨著充電過程的進(jìn) 行，逐漸用接觸器旁路掉部分限流電阻，充電完成后，斷開充電電路，閉合高壓斷路器。這種方法雖然能夠?qū)崿F(xiàn)用低壓電源對變頻器的充電，但是存在著一些問題第一，由于整流變壓 器整機(jī)的額定容量遠(yuǎn)大于其輔助繞組的額定容量，因此通過輔助繞組激磁時，穩(wěn)態(tài)激磁電 流非常大，過大的激磁電流會在限流電阻上產(chǎn)生過大的電壓降，如果選擇較少的接觸器，每 次旁路的電阻阻值較大，則每次旁路突加在輔助繞組上的電壓較高，從而每次用接觸器旁 路電阻時會對低壓電源產(chǎn)生很大的沖擊電流，同時也對功率單元中的直流電容有一定的沖 擊，如果選擇較多的接觸器，則成本較高；第二，如果為了節(jié)省成本，省去最后一級接觸器， 在斷開充電電路前未旁路所有限流電阻，則考慮到電阻上的電壓降，預(yù)充電是不充分的，在 高壓上電時仍會有沖擊電流；第三，由于過大的激磁電流使電阻嚴(yán)重發(fā)熱，因而此電路需要 采用大功率電阻，體積大，成本高，效率低。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的主要目的是解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提供一種通過交流逆變設(shè) 備產(chǎn)生激磁電流對變壓器進(jìn)行勵磁的預(yù)充電電路及其控制方法，避免了變壓器激磁電流對 預(yù)充電的影響，最大限度地降低了電路損耗，提高了系統(tǒng)效率，降低了系統(tǒng)成本，降低了上 電過程對電網(wǎng)和功率單元的沖擊。本實(shí)用新型的實(shí)用新型目的是通過下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的一種交流逆變式高壓變頻器預(yù)充電電路，其特征在于，包括輔助繞組、交流逆變 設(shè)備和低壓電源；所述輔助繞組設(shè)置在整流變壓器的副邊側(cè)，與該原邊繞組相對應(yīng)；所述交流逆變 設(shè)備串聯(lián)在輔助繞組和低壓電源之間；該交流逆變設(shè)備的輸入端與低壓電源相連，其輸出 端與輔助繞組相連。所述低壓電源采用單相交流電電源、三相交流電電源或直流電源。所述交流逆變設(shè)備采用交直交型低壓逆變器或直流轉(zhuǎn)交流逆變器。在所述交流逆變設(shè)備的輸出端與輔助繞組之間還可以設(shè)置有濾波器。所述濾波器采用LC濾波器或者RC濾波器。在所述交流逆變設(shè)備的輸入側(cè)和/或輸出側(cè)可以安裝有接觸器。本實(shí)用新型的有益效果是該充電電路通過用交流逆變設(shè)備替代現(xiàn)有的限流電阻 產(chǎn)生激磁電流對變壓器進(jìn)行勵磁，避免了變壓器激磁電流對預(yù)充電的影響，最大限度地降 低了電路損耗，提高了系統(tǒng)效率，降低了系統(tǒng)成本，降低了上電過程對電網(wǎng)和功率單元的沖 擊ο

圖1為單元串聯(lián)多電平高壓變頻器的結(jié)構(gòu)；圖2為典型的功率單元結(jié)構(gòu)；圖3為交流逆變式高壓變頻器預(yù)充電電路的電路圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述。圖3是交流逆變式高壓變頻器預(yù)充電電路的電路圖。如圖所示，高壓變頻器的整流變壓器1包括有原邊繞組2和副邊繞組3。所述用于高壓變頻器的諧振式預(yù)充電電路設(shè) 置在整流變壓器1的副邊側(cè)，包括輔助繞組4、交流逆變設(shè)備6和低壓電源8。所述輔助繞組4設(shè)置在整流變壓器的副邊側(cè)，與該原邊繞組2相對應(yīng)。所述交流 逆變設(shè)備6串聯(lián)在輔助繞組4和低壓電源8之間。該交流逆變設(shè)備6的輸入端與低壓電源 8相連，其輸出端與輔助繞組4相連。如上述結(jié)構(gòu)的交流逆變式預(yù)充電電路相較于現(xiàn)有高壓變頻器的預(yù)充電電路其主 要特點(diǎn)是通過交流逆變設(shè)備替代現(xiàn)有預(yù)充電電路中的限流電阻的作用，使得低壓電源對高 壓變頻器的充電過程通過交流逆變設(shè)備進(jìn)行調(diào)壓控制。所謂交流逆變設(shè)備一般為交直交型 低壓變頻器或者直流變交流的逆變器，能夠主動地控制其輸出電壓的幅值和頻率。在充電 過程中，可以通過主動提升輸出電壓來實(shí)現(xiàn)對變壓器的柔性激磁和對功率單元內(nèi)直流電容 的緩慢充電。與現(xiàn)有的電阻限流充電技術(shù)相比，其充電過程可控性更強(qiáng)、更柔和，由于電力 電子器件的損耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于現(xiàn)有技術(shù)電阻的損耗，因此充電過程功率消耗和發(fā)熱更小，效率 更高。由于在本實(shí)用新型所設(shè)計(jì)的預(yù)充電電路中是采用交流逆變設(shè)備來產(chǎn)生激磁電流 對變壓器進(jìn)行勵磁。而交流逆變設(shè)備本身是可以根據(jù)控制產(chǎn)生相應(yīng)電壓和頻率的交流電 的。因此，基于該預(yù)充電電路的低壓電源8可以不限于是三相交流電電源，其可以是單相交 流電電源、三相交流電電源或直流電源。相應(yīng)的，對于采用交流電源作為低壓電源的，其交 流逆變設(shè)備應(yīng)采用交直交型低壓逆變器。而對于采用直流電源作為低壓電源的，其交流逆 變設(shè)備應(yīng)采用直流轉(zhuǎn)交流逆變器。另外，根據(jù)需要，在所述交流逆變設(shè)備6的輸出端與輔助繞組4之間還可設(shè)置有濾 波器5，用以降低交流逆變設(shè)備6輸出電壓的諧波并補(bǔ)償一定的充電所需無功功率。該濾波 器5可以采用LC濾波器或者RC濾波器。除此之外，有時為了避免在高壓上電后交流逆變設(shè)備6長期帶電，或者避免高壓 電源與低壓電源在主變壓器以外的地方耦合，可在交流逆變設(shè)備的輸入側(cè)和/或輸出側(cè)安 裝接觸器，使交流逆變設(shè)備在非預(yù)充電狀態(tài)下與低壓電源/整流變壓器進(jìn)行電氣隔離。該交流逆變設(shè)備6容量選用原則為其額定輸出電流不低于整流變壓器依賴輔助 繞組4進(jìn)行激磁時的激磁電流，一般選為該值的2至3倍，以防止交流逆變設(shè)備6在對高壓 變頻器充電時發(fā)生過載。綜上所述，本實(shí)用新型所設(shè)計(jì)的交流逆變式高壓變頻器預(yù)充電電路及其控制方法 是通過用交流逆變設(shè)備替代現(xiàn)有的限流電阻產(chǎn)生激磁電流對變壓器進(jìn)行勵磁，避免了變壓 器激磁電流對預(yù)充電的影響，最大限度地降低了電路損耗，提高了系統(tǒng)效率，降低了系統(tǒng)成 本，降低了上電過程對電網(wǎng)和功率單元的沖擊。本領(lǐng)域一般技術(shù)人員基于上述設(shè)計(jì)思想所 做的任何不具有創(chuàng)造性的改造，均應(yīng)視為在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求一種交流逆變式高壓變頻器預(yù)充電電路，其特征在于，包括輔助繞組、交流逆變設(shè)備和低壓電源；所述輔助繞組設(shè)置在整流變壓器的副邊側(cè)，與整流變壓器的原邊繞組相對應(yīng)；所述交流逆變設(shè)備串聯(lián)在輔助繞組和低壓電源之間；該交流逆變設(shè)備的輸入端與低壓電源相連，其輸出端與輔助繞組相連。
2.如權(quán)利要求1所述的交流逆變式預(yù)充電電路，其特征在于所述低壓電源采用單相 交流電電源、三相交流電電源或直流電源。
3.如權(quán)利要求1所述的交流逆變式預(yù)充電電路，其特征在于所述交流逆變設(shè)備采用 交直交型低壓逆變器或直流轉(zhuǎn)交流逆變器。
4.如權(quán)利要求1所述的交流逆變式預(yù)充電電路，其特征在于在所述交流逆變設(shè)備的 輸出端與輔助繞組之間還設(shè)置有濾波器。
5.如權(quán)利要求4所述的交流逆變式預(yù)充電電路，其特征在于所述濾波器采用LC濾波 器或者RC濾波器。
6.如權(quán)利要求1所述的交流逆變式預(yù)充電電路，其特征在于在所述交流逆變設(shè)備的 輸入側(cè)和/或輸出側(cè)安裝有接觸器。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種交流逆變式高壓變頻器預(yù)充電電路，其特征在于，包括輔助繞組、交流逆變設(shè)備和低壓電源；所述輔助繞組設(shè)置在整流變壓器的副邊側(cè)，與該原邊繞組相對應(yīng)；所述交流逆變設(shè)備串聯(lián)在輔助繞組和低壓電源之間；該交流逆變設(shè)備的輸入端與低壓電源相連，其輸出端與輔助繞組相連。通過用交流逆變設(shè)備替代現(xiàn)有的限流電阻產(chǎn)生激磁電流對變壓器進(jìn)行勵磁，避免了變壓器激磁電流對預(yù)充電的影響，最大限度地降低了電路損耗，提高了系統(tǒng)效率，降低了系統(tǒng)成本，降低了上電過程對電網(wǎng)和功率單元的沖擊。
文檔編號H02M7/44GK201774462SQ20102014644
公開日2011年3月23日 申請日期2010年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月29日
發(fā)明者馬永健 申請人:北京利德華福電氣技術(shù)有限公司