專(zhuān)利名稱(chēng)：高壓變頻器功率單元的旁路裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
高壓變頻器功率單元的旁路裝置技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實(shí)用新型涉及電力電子與控制技術(shù)，尤其涉及一種高壓變頻器功率單元的旁路裝置，能夠提高高壓變頻器在功率單元故障時(shí)的持續(xù)運(yùn)行能力。
背景技術(shù)：
[0002]在高壓變頻器領(lǐng)域，自Peter W.Hammond在1995年提出單元串聯(lián)高壓變頻器以來(lái)，這種通過(guò)低壓電力變換技術(shù)實(shí)現(xiàn)高壓電力變換的方法由于其輸出電壓波型好、輸入諧波電流低、成本低、維護(hù)方便，已經(jīng)成為高壓變頻器的主流技術(shù)，國(guó)內(nèi)外許多廠(chǎng)家都已經(jīng)推出了基于這項(xiàng)技術(shù)的產(chǎn)品。由于在節(jié)能降耗、改善生產(chǎn)工藝性以及提高設(shè)備工作壽命等方面效果顯著，應(yīng)用日益普遍。[0003]圖1A所描述的就是這類(lèi)高壓變頻器的典型方案，其每相由3個(gè)功率單元串聯(lián)而成。圖1A所示的高壓變頻器包括變壓器1、九個(gè)相同的功率單元(如2AU)和主控制器4。變壓器I包括I個(gè)原邊繞組11和9個(gè)相位不同的三相副邊繞組(如12AU)，原邊繞組11與高壓三相電網(wǎng)6連接；9個(gè)功率單元(如2AU)按照輸出分成U、V、W三相，每相的三個(gè)功率單元(如2AU、2BU、2CU)的輸出依次串聯(lián)分別作為三相(如U相)，三相的一端au+、av+、aw+連接在一起作為三相輸出的中性點(diǎn)0，另外一端cu-、CN-、CW-分別作為高壓變頻器的U、V、W輸出，用于驅(qū)動(dòng)高壓電機(jī)5。主控制器4通過(guò)光纖分別與各功率單元(如2AU)連接，向各功率單元(如2AU)提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并接收各功率單元(如2AU)的運(yùn)行信息。[0004]高壓變頻器多用于工業(yè)大型電機(jī)調(diào)速，對(duì)運(yùn)行穩(wěn)定性要求很高。在上述功率單元串聯(lián)的架構(gòu)下，每臺(tái)高壓變頻器中都包括很多的功率單元，功率單元發(fā)生故障在所難免，如何在功率單元出現(xiàn)故障的情況下保證高壓變頻器繼續(xù)運(yùn)行就成為保證高壓變頻器運(yùn)行穩(wěn)定性的技術(shù)關(guān)鍵。[0005]為保證功率單元發(fā)生故障時(shí)高壓變頻器繼續(xù)運(yùn)行，通行的做法是對(duì)功率單元進(jìn)行旁路控制。如果某一功率單元(如2AU)出現(xiàn)故障，則由主控制器4向功率單元(如2AU)發(fā)出旁路命令，使該功率單元(如2AU)進(jìn)入旁路工作模式，保證高壓變頻器繼續(xù)運(yùn)行。為了維持三相輸出電壓的平衡，可以利用中性點(diǎn)偏移技術(shù)同時(shí)調(diào)整三相輸出電壓，也可以同時(shí)將另外兩相中的對(duì)應(yīng)功率單元(如2AV和2AW)旁路，但無(wú)論哪種方式，都離不開(kāi)功率單元的可靠旁路。[0006]目前實(shí)現(xiàn)功率單元旁路的普遍做法是在功率單元中內(nèi)置單元旁路電路，其功率單元的原理示意圖如圖1B所示。功率單元除包括熔斷器21、整流電路22、直流濾波電路23、逆變電路24和功率單元控制電路26以外，還包括單元旁路電路25 ;在功率單元控制電路26控制下，使單元旁路電路25中的可控硅255觸發(fā)導(dǎo)通，即可將功率單元2的輸出短路，從而實(shí)現(xiàn)功率單元2的旁路控制。[0007]采用上述功率單元旁路方式，結(jié)構(gòu)比較緊湊，因而獲得了廣泛應(yīng)用，但是其缺點(diǎn)也很突出。首先，可控硅的觸發(fā)電流來(lái)自功率單元內(nèi)部，當(dāng)功率單元故障時(shí)，功率單元往往隨之失電，可控硅無(wú)法觸發(fā)導(dǎo)通，導(dǎo)致功率單元旁路失??；即使旁路成功，旁路整流電路和可控硅會(huì)持續(xù)通過(guò)負(fù)載電流，損耗功率很大，很容易過(guò)溫?fù)p壞，難以保證高壓變頻器的長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行；第三，具有旁路功能的功率單元與普通功率單元的設(shè)計(jì)難以保持一致，不利于高壓變頻器生產(chǎn)。實(shí)用新型內(nèi)容[0008]有鑒于此，本實(shí)用新型的目的在于提供一種高壓變頻器功率單元的旁路裝置，可以提高功率單元的旁路可靠性，能夠保證高壓變頻器在功率單元旁路狀態(tài)下長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行；功率單元的旁路裝置與功率單元本身相對(duì)獨(dú)立，可以避免功率單元的結(jié)構(gòu)不同給生產(chǎn)帶來(lái)的不便。[0009]為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:[0010]一種高壓變頻器功率單元的旁路裝置，主要包括接觸器和控制變壓器，其中:[0011]所述接觸器包括一個(gè)常開(kāi)主觸點(diǎn)和一個(gè)常閉主觸點(diǎn)；所述兩個(gè)主觸點(diǎn)的一端直接連接，另一端分別連接所述功率單元的兩個(gè)輸出端；所述兩個(gè)主觸點(diǎn)的直接連接端和功率單元連接所述接觸器常閉主觸點(diǎn)的輸出端，分別作為旁路裝置的輸出端；通過(guò)變壓器的副邊繞組為接觸器控制線(xiàn)圈供電。[0012]其中:所述接觸器的控制線(xiàn)圈連接功率單元控制電路。[0013]所述接觸器還具有輔助觸點(diǎn)，所述接觸器的輔助觸點(diǎn)連接功率單元控制電路。[0014]較佳地，還包括繼電器，所述繼電器具有常開(kāi)觸點(diǎn)，該常開(kāi)觸點(diǎn)與所述接觸器的控制線(xiàn)圈、控制變壓器的副邊繞組構(gòu)成串聯(lián)回路；繼電器的控制線(xiàn)圈連接功率單元控制電路。[0015]較佳地，還包括電阻器，所述繼電器具有常閉觸點(diǎn)，該常閉觸點(diǎn)與電阻器并聯(lián)后，再串聯(lián)入接觸器的控制線(xiàn)圈、控制變壓器的副邊繞組、繼電器的常開(kāi)觸點(diǎn)構(gòu)成的串聯(lián)回路中。[0016]所述控制變壓器為單相變壓器，其原邊繞組連接功率單元的熔斷器與整流電路之間三個(gè)連接點(diǎn)中的兩個(gè)。[0017]同輸出相的功率單元旁路裝置的輸出端依次串聯(lián)，形成旁路裝置鏈，各相功率單元旁路裝置鏈的一個(gè)對(duì)應(yīng)端連接在一起作為高壓變頻器輸出的中性點(diǎn)，另一對(duì)應(yīng)端分別作為高壓變頻器的高壓輸出端。[0018]本實(shí)用新型提供的高壓變頻器功率單元的旁路裝置，具有以下優(yōu)點(diǎn):[0019]I)采用本實(shí)用新型，當(dāng)功率單元出現(xiàn)內(nèi)部故障導(dǎo)致其內(nèi)部失電時(shí)，接觸器的控制線(xiàn)圈失電，使旁路裝置進(jìn)入旁路狀態(tài)，因而能夠避免功率單元旁路電路的功率單元失電時(shí)無(wú)法旁路的現(xiàn)象，提高了功率單元旁路功能的可靠性。[0020]2)該功率單元的旁路裝置，采用接觸器主觸點(diǎn)實(shí)現(xiàn)旁路，導(dǎo)通損耗很小，能夠在功率單元旁路狀態(tài)下保證高壓變頻器的長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行。[0021]3)該功率單元的旁路裝置與功率單元本身相對(duì)獨(dú)立,其功率單元與普通不帶旁路功能的功率單元相同，當(dāng)需要時(shí)，只要為高壓變頻器的功率單元加裝旁路裝置，即可使高壓變頻器具有功率單元旁路功能，從而避免的功率單元的差異化設(shè)計(jì)，便于功率單元的生產(chǎn)。


[0022]圖1A為現(xiàn)有功率單元串聯(lián)高壓變頻器的主電路示意圖；[0023]圖1B為圖1A高壓變頻器功率單元的原理示意圖；[0024]圖2A為本實(shí)用新型帶有功率單元旁路裝置的高壓變頻器主電路示意圖；[0025]圖2B為圖2A高壓變頻器的功率單元旁路裝置的原理示意圖；[0026]圖3A為圖2A高壓變頻器的功率單元旁路裝置的另一實(shí)施例；[0027]圖3B為圖3A功率單元旁路裝置的一種變化形式。[0028]主要部件符號(hào)說(shuō)明[0029]1:變壓器[0030]11:原邊繞組[0031]12AU、12AV、12AW、12BU、12BV、12BW、12CU、12CV、12CW:副邊繞組[0032]2、2AU、2AV、2AW ;2BU、2BV、2BW ;2CU、2CV、2CW:功率單元[0033]21:熔斷器[0034]22:整流電路[0035]23:直流濾波電路[0036]24:逆變電路[0037]25:單元旁路電路[0038]25 f254:旁路整流電路[0039]255:可控硅[0040]26:功率單元控制電路[0041]3、3AU、3AV、3AW ;3BU、3BV、3BW ;3CU、3CV、3CW:功率單元旁路裝置[0042]31:接觸器[0043]32:控制變壓器[0044]33:繼電器[0045]34:電阻器[0046]4:主控制器[0047]5:高壓電機(jī)[0048]6:三相高壓電網(wǎng)。
具體實(shí)施方式
[0049]
以下結(jié)合附圖及本實(shí)用新型的實(shí)施例對(duì)高壓變頻器功率單元的旁路裝置作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。首先以圖2A和圖2B為例對(duì)本實(shí)用新型的高壓變頻器功率單元旁路裝置進(jìn)行說(shuō)明。其中圖2A為采用本實(shí)用新型功率單元旁路裝置后高壓變頻器的主電路接線(xiàn)圖，圖2B為其中的功率單元及其本實(shí)用新型功率單元旁路裝置的電路示意圖。[0051]在圖2A中，高壓變頻器包括變壓器1、9個(gè)功率單元(如2AU)、9個(gè)功率單元旁路裝置(如3AU)、以及主控制器4 ;每個(gè)功率單元(如2AU)連接一個(gè)功率單元旁路裝置(如3AU)。[0052]在圖2B中，功率單元2包括熔斷器21，整流電路22，直流濾波電路23，逆變電路24和功率單元控制電路26，與圖1B對(duì)照，可以看出功率單元內(nèi)部已經(jīng)不包括單元旁路電路25。[0053]在圖2B中，功率單元旁路裝置3包括接觸器31和控制變壓器32。其中接觸器31包括一個(gè)常開(kāi)主觸點(diǎn)和一個(gè)常閉主觸點(diǎn)；常開(kāi)主觸點(diǎn)和常閉主觸點(diǎn)的右端直接連接，常開(kāi)主觸點(diǎn)、常閉主觸點(diǎn)的左端分別連接功率單元2的兩個(gè)輸出端；功率單元旁路裝置的輸出端“++”就是接觸器兩個(gè)主觸點(diǎn)的共同連接端，而輸出端實(shí)際上就是與接觸器常閉主觸點(diǎn)連接的功率單元2的輸出端。當(dāng)接觸器31的控制線(xiàn)圈KM得電時(shí)，常開(kāi)主觸點(diǎn)閉合，常閉主觸點(diǎn)斷開(kāi)，功率單元2可通過(guò)對(duì)應(yīng)的功率單元旁路裝置3正常輸出；而當(dāng)接觸器31的控制線(xiàn)圈KM失電時(shí)，常開(kāi)主觸點(diǎn)斷開(kāi)，常閉主觸點(diǎn)閉合，功率單元旁路裝置3的輸出端“++”、之間短路，功率單元的輸出被旁路。同輸出相的功率單元旁路裝置的輸出依次串聯(lián)，形成旁路裝置鏈，各相功率單元旁路裝置鏈的一個(gè)對(duì)應(yīng)端連接在一起作為高壓變頻器輸出的中性點(diǎn)，另一對(duì)應(yīng)端分別作為高壓變頻器的高壓輸出端。[0054]由圖2A可以看出，同輸出相的功率單元旁路裝置(如3AU、3BU、3⑶)的輸出端依次串聯(lián)，例如功率單元旁路裝置3AU的輸出端3au-連接3BU的輸出端3bu++，3BU的輸出端3bu-連接3⑶的輸出端3cu++，9個(gè)功率單元旁路裝置一共可以形成3個(gè)功率單元旁路裝置鏈；3個(gè)功率單元旁路裝置鏈的一個(gè)對(duì)應(yīng)端3au++、3av++、3aw++連接在一起，作為高壓變頻器的三相輸出的中性點(diǎn)，而另一個(gè)對(duì)應(yīng)端3cu-、3cv-、3cw-則分別作為高壓變頻器的高壓輸出端U、V、W。[0055]在圖2B中，功率單元旁路裝置3中的控制變壓器32的副邊繞組為接觸器31的控制線(xiàn)圈KM提供電力。[0056]在圖2B中，接觸器31的控制線(xiàn)圈KM連接對(duì)應(yīng)的功率單元控制電路26，由功率單元控制電路26控制接觸器31的控制線(xiàn)圈KM是否得電，即可控制功率單元的旁路動(dòng)作。[0057]鑒于功率單元的旁路對(duì)于高壓變頻器運(yùn)行的重要性，往往需要判斷功率單元是否旁路成功。為此，在圖2B中的接觸器31還具有一個(gè)輔助觸點(diǎn)，該輔助觸點(diǎn)連接功率單元控制電路26，可以通過(guò)功率單元控制電路26向高壓變頻器的主控制器4反饋該功率單元是否旁路成功。[0058]為了簡(jiǎn)化功率單元控制電路26，功率單元旁路裝置3中還可以包括繼電器33，如圖3A所示。繼電器33具有常開(kāi)觸點(diǎn)，該常開(kāi)觸點(diǎn)與接觸器31的控制線(xiàn)圈KM、控制變壓器32的副邊繞組串聯(lián)構(gòu)成閉合回路；繼電器33的控制線(xiàn)圈J連接功率單元控制電路26，由功率單元控制電路26對(duì)功率單元旁路裝置進(jìn)行控制。當(dāng)繼電器33的控制線(xiàn)圈J得電時(shí)，其常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，變壓器32的副邊繞組對(duì)接觸器31的控制線(xiàn)圈KM勵(lì)磁，接觸器31的常開(kāi)主觸點(diǎn)閉合，常閉主觸點(diǎn)斷開(kāi)功率單元2通過(guò)對(duì)應(yīng)的旁路裝置3正常輸出；當(dāng)繼電器33的控制線(xiàn)圈J失電時(shí)，功率單元旁路裝置3旁路生效。[0059]在高壓變頻器正常運(yùn)行時(shí)，接觸器31的控制線(xiàn)圈KM處于長(zhǎng)時(shí)間得電狀態(tài)，容易造成控制線(xiàn)圈發(fā)熱甚至損壞。為避免這種情況，圖3B給出了圖3A所示的功率單元旁路裝置的另一種實(shí)施方式。[0060]在圖3B中，功率單元旁路裝置3還包括電阻器34，用于在接觸器31得電后對(duì)其控制線(xiàn)圈KM進(jìn)行限流。這時(shí)要求繼電器33還具有常閉觸點(diǎn)，并且該常閉觸點(diǎn)與電阻器34并聯(lián)后，與控制變壓器32的副邊繞組、接觸器31的控制線(xiàn)圈KM、繼電器33的常開(kāi)觸點(diǎn)一起形成串聯(lián)回路。當(dāng)繼電器33的控制線(xiàn)圈得電后，其常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，接觸器31的控制線(xiàn)圈KM得電，電阻器34隨即通過(guò)電流，可以降低通過(guò)接觸器31的控制線(xiàn)圈KM的電流，防止接觸器31的控制線(xiàn)圈KM過(guò)熱，從而延長(zhǎng)接觸器31的工作壽命。[0061]從圖2B、圖3A、圖3B還可以看出，功率單元旁路裝置3中的控制變壓器32為單相變壓器；在功率單元熔斷器21與整流電路22之間共有3個(gè)連接點(diǎn)，控制變壓器32的原邊繞組連接到其中的兩個(gè)。于是，當(dāng)功率單元2出現(xiàn)內(nèi)部故障導(dǎo)致功率單元內(nèi)部失電時(shí)，接觸器31的控制線(xiàn)圈失電，使旁路裝置進(jìn)入旁路狀態(tài)，從而避免了出現(xiàn)圖1B所描述的功率單元旁路電路當(dāng)功率單元失電時(shí)無(wú)法旁路的現(xiàn)象，提高了功率單元旁路功能的可靠性。[0062]本實(shí)用新型提供的功率單元旁路裝置采用接觸器主觸點(diǎn)實(shí)現(xiàn)旁路，導(dǎo)通損耗很小，能夠在功率單元旁路狀態(tài)下保證高壓變頻器長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行。[0063]本實(shí)用新型提供的功率單元旁路裝置與功率單元本身相對(duì)獨(dú)立，從圖2B可以看出，其中的功率單元2與普通不帶旁路功能的功率單元相同，當(dāng)需要時(shí)，只要為高壓變頻器的功率單元加裝旁路裝置，即可使高壓變頻器具有功率單元旁路功能，從而避免的功率單元的差異化設(shè)計(jì)，便于功率單元的生產(chǎn)。[0064]以上所述，僅為本實(shí)用新型較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種高壓變頻器功率單元的旁路裝置，其特征在于，主要包括接觸器和控制變壓器，其中: 所述接觸器包括一個(gè)常開(kāi)主觸點(diǎn)和一個(gè)常閉主觸點(diǎn)；所述兩個(gè)主觸點(diǎn)的一端直接連接，另一端分別連接所述功率單元的兩個(gè)輸出端；所述兩個(gè)主觸點(diǎn)的直接連接端和功率單元連接所述接觸器常閉主觸點(diǎn)的輸出端，分別作為旁路裝置的輸出端；通過(guò)變壓器的副邊繞組為接觸器控制線(xiàn)圈供電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述高壓變頻器功率單元的旁路裝置，其特征在于，所述接觸器的控制線(xiàn)圈連接功率單元控制電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述高壓變頻器功率單元的旁路裝置，其特征在于，所述接觸器還具有輔助觸點(diǎn)，所述接觸器的輔助觸點(diǎn)連接功率單元控制電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述高壓變頻器功率單元的旁路裝置，其特征在于，還包括繼電器，所述繼電器具有常開(kāi)觸點(diǎn)，該常開(kāi)觸點(diǎn)與所述接觸器的控制線(xiàn)圈、控制變壓器的副邊繞組構(gòu)成串聯(lián)回路；繼電器的控制線(xiàn)圈連接功率單元控制電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述高壓變頻器功率單元的旁路裝置，其特征在于，還包括電阻器，所述繼電器具有常閉觸點(diǎn)，該常閉觸點(diǎn)與電阻器并聯(lián)后，再串聯(lián)入接觸器的控制線(xiàn)圈、控制變壓器的副邊繞組、繼電器的常開(kāi)觸點(diǎn)構(gòu)成的串聯(lián)回路中。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述高壓變頻器功率單元旁路裝置，其特征在于，所述控制變壓器為單相變壓器，其原邊繞組連接功率單元的熔斷器與整流電路之間三個(gè)連接點(diǎn)中的兩個(gè)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述高壓變頻器功率單元旁路裝置，其特征在于，同輸出相的功率單元旁路裝置的輸出端依次串聯(lián)，形成旁路裝置鏈，各相功率單元旁路裝置鏈的一個(gè)對(duì)應(yīng)端連接在一起作為高壓變頻器輸出的中性點(diǎn)，另一對(duì)應(yīng)端分別作為高壓變頻器的高壓輸出端。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種高壓變頻器功率單元的旁路裝置，包括接觸器和控制變壓器，其中的接觸器至少包括一個(gè)常開(kāi)主觸點(diǎn)和一個(gè)常閉主觸點(diǎn)；兩個(gè)主觸點(diǎn)的一端直接連接，另一端分別連接功率單元的兩個(gè)輸出端；兩個(gè)主觸點(diǎn)的直接連接端和功率單元連接常閉觸點(diǎn)的輸出端分別作為旁路裝置的輸出端；其中的控制變壓器的副邊繞組為接觸器控制線(xiàn)圈供電。同輸出相的功率單元旁路裝置的輸出端依次串聯(lián)，形成旁路裝置鏈；各相功率單元旁路裝置鏈的一個(gè)對(duì)應(yīng)端互相連接作為高壓變頻器的輸出中性點(diǎn)，另一對(duì)應(yīng)端可以獲得高壓變頻器的高壓輸出。采用本實(shí)用新型，能夠使高壓變頻器功率單元的旁路動(dòng)作更加安全可靠，從而提高高壓變頻器的運(yùn)行穩(wěn)定性。
文檔編號(hào)H02M1/32GK202978689SQ20122066982
公開(kāi)日2013年6月5日 申請(qǐng)日期2012年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月7日
發(fā)明者李永盼 申請(qǐng)人:上海億思特電氣股份有限公司