專利名稱：一種晶閘管調(diào)壓式高壓變頻器預(yù)充電電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種用于高壓變頻器的預(yù)充電電路，特別是一種通過(guò)晶閘管產(chǎn)生 激磁電流對(duì)變壓器進(jìn)行勵(lì)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(guó)民經(jīng)濟(jì)的 各個(gè)領(lǐng)域如冶金、石化、自來(lái)水、電力等行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用，并發(fā)揮著越來(lái)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(guó)國(guó)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(shuō)明書僅針對(duì)在市場(chǎng)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(shí)，其工作原理、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、控制方法與本說(shuō)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(guó)實(shí)用新型專利ZL97100477. 3中公開(kāi)。該高壓變 頻器在電網(wǎng)側(cè)有一個(gè)整流變壓器，此整流變壓器有多個(gè)副邊繞組，為了抑制對(duì)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(gè)串聯(lián)的功率單元供電。每個(gè) 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(shì))就 會(huì)逐級(jí)提高。通常，此整流變壓器有一個(gè)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(shí)，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(shí)，會(huì)對(duì)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(shí)，會(huì)對(duì)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(kāi)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(kāi)關(guān)處于斷開(kāi)狀態(tài)，通過(guò)限流電阻 對(duì)高壓變頻器進(jìn)行充電，充電完成后，閉合高壓開(kāi)關(guān)，充電過(guò)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(guò)低壓電源和限流電阻向整流變壓器的輔助繞組供電，通過(guò) 變壓器在副邊繞組上產(chǎn)生感應(yīng)電壓，對(duì)功率單元的直流電容進(jìn)行充電。隨著充電過(guò)程的進(jìn) 行，逐漸用交流接觸器旁路掉部分限流電阻，充電完成后，斷開(kāi)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(duì)變頻器的充電，但是存在著一些問(wèn)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(guò)輔助繞組激磁時(shí)，穩(wěn)態(tài)激 磁電流非常大，過(guò)大的激磁電流會(huì)在限流電阻上產(chǎn)生過(guò)大的電壓降，如果選擇較少的交流 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 交流接觸器旁路電阻時(shí)會(huì)對(duì)低壓電源產(chǎn)生很大的沖擊電流，同時(shí)也對(duì)功率單元中的直流電 容有一定的沖擊，如果選擇較多的交流接觸器，則成本較高；第二，如果為了節(jié)省成本，省去 最后一級(jí)交流接觸器，在斷開(kāi)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(shí)仍會(huì)有沖擊電流；第三，由于過(guò)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(wèn)題，提供一種通過(guò)晶閘管產(chǎn)生 激磁電流對(duì)變壓器進(jìn)行勵(lì)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(duì)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(guò)程 對(duì)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(guò)下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的一種晶閘管調(diào)壓式高壓變頻器預(yù)充電電路，其特征在于，包括輔助繞組、晶閘管 調(diào)壓器和三相交流低壓電源；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(duì)應(yīng)；所述晶閘管調(diào) 壓器串聯(lián)在輔助繞組和三相交流低壓電源之間；該晶間管調(diào)壓器的輸入端與三相交流低壓 電源相連，其輸出端與輔助繞組相連。在所述晶閘管調(diào)壓器的輸出端與輔助繞組之間還可以設(shè)置有濾波器。所述濾波器為L(zhǎng)C濾波器或者RC濾波器。在所述晶閘管調(diào)壓器的輸入側(cè)和/或輸出側(cè)可以安裝有交流接觸器。所述的三相交流低壓電源一般采用用戶現(xiàn)場(chǎng)為高壓變頻器提供的380V控制電 源，在條件允許的情況下，盡量選擇與高壓變頻器接入的高壓電源相位相同的低壓電源。本實(shí)用新型的有益效果是該充電電路通過(guò)用晶閘管調(diào)壓組替代現(xiàn)有的限流電阻 產(chǎn)生激磁電流對(duì)變壓器進(jìn)行勵(lì)磁，避免了變壓器激磁電流對(duì)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(guò)程對(duì)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為晶閘管調(diào)壓式高壓變頻器預(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(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述。圖3是晶閘管調(diào)壓式高壓變頻器預(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、晶間管調(diào)壓器6和三相交流低壓電源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(duì)應(yīng)。所述晶閘 管調(diào)壓器6串聯(lián)在輔助繞組4和三相交流低壓電源8之間。該晶閘管調(diào)壓器6的輸入端與 三相交流低壓電源8相連，其輸出端與輔助繞組4相連。如上述結(jié)構(gòu)的晶閘管調(diào)壓式預(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(guò)晶閘管調(diào)壓器替代現(xiàn)有預(yù)充電電路中的限流電阻的作用，使得三相交流低 壓電源對(duì)高壓變頻器的充電過(guò)程通過(guò)晶間管調(diào)壓器進(jìn)行調(diào)壓控制。所謂晶間管是一種可以 控制電路導(dǎo)通或者截止的電力電子器件，其接收到觸發(fā)脈沖后，使電路導(dǎo)通，允許流過(guò)正向 電流，正向電流降低至零后，恢復(fù)到截止?fàn)顟B(tài)，直至下一次觸發(fā)脈沖信號(hào)到來(lái)。在交流應(yīng)用 領(lǐng)域，一般將兩個(gè)晶閘管反向并聯(lián)，構(gòu)成雙向晶閘管。包含一個(gè)雙向晶閘管及其控制電路的 設(shè)備為單相晶間管調(diào)壓器，包含分布于三相的三個(gè)雙向晶間管及其控制電路的設(shè)備為三相 晶閘管調(diào)壓器。晶閘管交流調(diào)壓器可以通過(guò)改變觸發(fā)脈沖對(duì)應(yīng)電網(wǎng)電壓的角度(稱為觸發(fā) 角)，實(shí)現(xiàn)其輸出電壓有效值的漸進(jìn)、無(wú)級(jí)的調(diào)節(jié)。觸發(fā)角為180度時(shí)，晶閘管導(dǎo)通后，由于 其兩端的電壓立即變?yōu)樨?fù)值，因此立即截止，從而輸出電壓為0 ；逐漸降低觸發(fā)角后，從晶 閘管導(dǎo)通到截止的時(shí)間將逐漸增長(zhǎng)，通過(guò)晶閘管傳遞至其輸出側(cè)的電壓維持的時(shí)間也就逐 漸增長(zhǎng)，因而其輸出電壓的有效值將逐漸增加；觸發(fā)角降低至0時(shí)，正向晶閘管截止后將立 即觸發(fā)反向晶間管，因此晶間管調(diào)壓器的輸出電壓與電源電壓相同。對(duì)于高壓變頻器來(lái)說(shuō)， 通過(guò)采用晶間管調(diào)壓器，可以從零開(kāi)始逐漸提升變壓器輔助繞組的電壓，進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)對(duì) 變壓器的柔性的激磁和對(duì)功率單元內(nèi)直流電容的緩慢充電。在這一過(guò)程中，其充電的時(shí)間 和速度完全受控，因此相比采用限流電阻的現(xiàn)有技術(shù)來(lái)說(shuō)，充電過(guò)程可控性更強(qiáng)、更柔和。 由于晶閘管的內(nèi)電阻阻值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于現(xiàn)有技術(shù)采用的限流電阻，因此充電過(guò)程功率消耗和發(fā) 熱更小，效率更高。所述三相交流低壓電源8 一般采用用戶現(xiàn)場(chǎng)為高壓變頻器提供的380V控制電源。 該三相交流低壓電源8即可以選用與高壓變頻器接入的高壓電源相位相同的低壓電源，也 可以選用與高壓變頻器接入的高壓電源相位不同的低壓電源。但是，當(dāng)該三相交流低壓電 源8選用與高壓變頻器接入的高壓電源相位不同的低壓電源時(shí)，由于變壓器存在激磁涌 流，這種情形下在高壓上電時(shí)，對(duì)高壓電網(wǎng)仍可能產(chǎn)生沖擊電流。因此，為了盡可能減小沖 擊電流對(duì)高壓電網(wǎng)的沖擊影響，在有條件的情況下應(yīng)盡量選用與高壓變頻器接入的高壓電 源相位相同的低壓電源作為三相交流低壓電源。另外，根據(jù)需要，在所述晶閘管調(diào)壓器6的輸出端與輔助繞組4之間還可設(shè)置有濾 波器5，用以降低晶閘管調(diào)壓器6輸出電壓的諧波并補(bǔ)償一定的充電所需無(wú)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(shí)為了避免在高壓上電后晶閘管調(diào)壓器長(zhǎng)期帶電，或者避免高壓電 源與三相交流低壓電源在主變壓器以外的地方耦合，可在晶間管調(diào)壓器的輸入側(cè)和/或輸 出側(cè)安裝交流接觸器，使晶間管調(diào)壓器在非預(yù)充電狀態(tài)下與三相交流低壓電源/整流變壓 器進(jìn)行電氣隔離。該晶閘管調(diào)壓器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(shí)的激磁電流，一般選為該值的2至3倍，以避免充電時(shí)晶閘管調(diào)壓器6發(fā)生過(guò)載。 綜上所述，本實(shí)用新型所設(shè)計(jì)的晶間管調(diào)壓式高壓變頻器預(yù)充電電路及其控制方 法是通過(guò)用晶間管調(diào)壓器替代現(xiàn)有的限流電阻產(chǎn)生激磁電流對(duì)變壓器進(jìn)行勵(lì)磁，避免了變 壓器激磁電流對(duì)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(guò)程對(duì)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)利要求一種晶閘管調(diào)壓式高壓變頻器預(yù)充電電路，其特征在于，包括輔助繞組、晶閘管調(diào)壓器和三相交流低壓電源；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(duì)應(yīng)；所述晶閘管調(diào)壓器串聯(lián)在輔助繞組和三相交流低壓電源之間；該晶閘管調(diào)壓器的輸入端與三相交流低壓電源相連，其輸出端與輔助繞組相連。
2.如權(quán)利要求1所述的晶閘管調(diào)壓式預(yù)充電電路，其特征在于在所述晶閘管調(diào)壓器 的輸出端與輔助繞組之間還設(shè)置有濾波器。
3.如權(quán)利要求2所述的晶閘管調(diào)壓式預(yù)充電電路，其特征在于所述濾波器為L(zhǎng)C濾波 器或者RC濾波器。
4.如權(quán)利要求1或2或3所述的晶閘管調(diào)壓式預(yù)充電電路，其特征在于在所述晶閘 管調(diào)壓器的輸入側(cè)和/或輸出側(cè)安裝有交流接觸器。
5.如權(quán)利要求1或2或3所述的晶閘管調(diào)壓式預(yù)充電電路，其特征在于所述三相交 流低壓電源為與高壓變頻器接入的高壓電源相位相同的低壓電源。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種晶閘管調(diào)壓式高壓變頻器預(yù)充電電路，其特征在于，包括輔助繞組、晶閘管調(diào)壓器和三相交流低壓電源；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(duì)應(yīng)；所述晶閘管調(diào)壓器串聯(lián)在輔助繞組和三相交流低壓電源之間；該晶閘管調(diào)壓器的輸入端與三相交流低壓電源相連，其輸出端與輔助繞組相連。通過(guò)用晶閘管調(diào)壓組替代現(xiàn)有的限流電阻產(chǎn)生激磁電流對(duì)變壓器進(jìn)行勵(lì)磁，避免了變壓器激磁電流對(duì)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(guò)程對(duì)電網(wǎng)和功率單元的沖擊。
文檔編號(hào)H02M5/16GK201774457SQ20102014645
公開(kāi)日2011年3月23日 申請(qǐng)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(qǐng)人:北京利德華福電氣技術(shù)有限公司