专利名称：一种利用变流器进行软励磁的高压变频器及其控制方法
技术领域：
本发明涉及一种高压变频器，特别是一种针对高压变频器在高压合 闸或分闸时容易引起操作过电压和电流冲击等启动问题，通过变流器对 铁芯进行软励磁的高压变频器，同时还涉及该高压变频器进行分合闸动 作的控制方法，属于电力电子设备技术领域。
背景技术：
高压变频器是工业上对大功率电机进行控制、调速的重要设备。现
有高压变频器的典型结构如图2所示，主要包括有整流变压器、整流与
逆变电路、控制系统。输入的高压交流电首先通过整流变压器转化为所 需电压的直流电。该直流电通过整流与逆变电路生成所需频率的交流电 并输出。控制系统则主要负责变频器在整个工作过程中的控制管理。
这样的高压变频器当在高压合闸和高压分闸时，该整流变压器瞬间 会产生很大的操作过电压，变压器副边侧所连接的功率模块中电容充电, 也会造成冲击电流过大。这样的合闸冲击电流很容易对变频器中的部件 造成损坏。
为了减小这种合闸冲击电流对变频器所造成的影响，现有的解决办 法之一是在整流变压器的原边侧每相绕组上串联有大阻值的限流电阻， 并且相应设置有限流电阻旁路开关。变频器平时工作时，该旁路开关闭 合，使限流电阻处于旁路状态。当变频器需要分闸或合闸时，控制系统 首先控制该旁路开关断开，使限流电阻投入电路中，对变频器起到限流 保护的作用。直至变频器工作稳定后，控制系统再控制旁路开关闭合， 使变频器恢复正常工作状态。这种方法虽然能够解决合闸冲击电流容易 对变频器中的部件造成损坏的问题，但是由于整流变压器本身工作电压 较高，因此相应串联于其原边侧的限流电阻的制造成本也很高，并且其 设计占用的空间也较大。
鉴于在变频器原边侧串联限流电阻的解决方案所存在的问题，人们 还设计了另外一种减小合闸冲击电流对变频器所造成影响的解决办法。 这种解决办法是在整流变压器的副边侧设计有辅助绕组，在每相辅助绕组中串联有电阻，并且该辅助绕组通过一个与原边主电源同相位的辅助 电源串联。在变频器启动前，先接通辅助绕组的电源,用串联在电路中的 电阻分段切除的办法为整流变压器进行软励磁，最后辅助绕组接通额定 电源，再同时接通变压器高压主电源。励磁过程完成后，这时再切断辅 助绕组电源，完成变频器高压合闸过程。高压变频器的高压分闸过程也存 在类似的问题，在此就不再重复。
这种方法不仅能够解决合闸冲击电流容易对变频器中的部件造成损 坏的问题，而且相比在整流变压器原边侧串联大限流电阻的方法，大大 节省了高压变频器的设计成本和占用空间。但是，这种方法的问题在于 一方面其所设置的辅助绕组每相绕组都需要串联有限流电阻，这样的结
构还有待进一步的简化，另一方面该解决方法要求为辅助绕组供电的电 源必须与整流变压器原边网侧的电源相位相同，然而并不是所有的发电 厂都具有这样的供电条件，这造成了该解决方法的应用限制。
鉴于以上问题，本发明设计了一种利用变流器进行软励磁的高压变 频器在上述解决方法的基础上，可以不受辅助绕组电源相位的限制，同 时还可以进一步简化辅助绕组的相关连接电路。
发明内容
本发明的主要目的在于解决现有技术中存在的问题，提供一种针对 高压变频器在高压合闸或分闸时容易引起操作过电压和电流冲击等启动 问题，通过变流器对铁芯进行软励磁的高压变频器，使得其辅助绕组电 源不再受相位的限制，同时还进一步简化了辅助绕组的相关连接电路。
本发明的目的还在于提供该高压变频器在进行分合闸动作时的控制 方法。
本发明的主要目的是通过下述技术方案予以实现的 一种利用变流器进行软励磁的高压变频器，包括有整流变压器、 整流与逆变电路、控制系统，该整流变压器和整流与逆变电路顺序串联， 该控制系统对整个高压变频器的工作过程进行控制管理，其特征在于 还设有辅助绕组、低压电源、变流器和绕组侧开关；
所述辅助绕组的各相绕组分别与所述整流变压器的主绕组相对应； 所述辅助绕组的各相绕组通过变流器与所述低压电源相连；所述变流器 与控制系统相连，受控制系统控制其输出的电流；所述绕组侧开关串联 在辅助绕组线路上，受控制系统控制其开关。
4所述整流变压器为三相整流变压器。
所述低压电源为一个变压器，将接入电源变压为较低电压。 所述低压电源直接接入三相交流电、单相交流电或直流电。 一种利用变流器进行软励磁的高压变频器的控制方法，基于权利 要求1所述的高压变频器实现，其特征在于包括如下步骤
(1) 控制系统检测整流变压器原边网侧电源的相位信息；
(2) 控制系统根据检测到的整流变压器原边网侧电源的相位信息向 变流器发出控制指令，使得变流器输出相应相位的低压辅助电源；
(3) 控制系统控制绕组侧开关闭合，通过辅助绕组对整流变压器的 铁芯进行软励磁；
(4) 控制系统检测整流变压器铁芯的励磁强度，并依此控制变流器 提高其输出的低压辅助电源的电流强度；
(5) 当控制系统检测到整流变压器铁芯励磁饱和时，控制系统控制 绕组侧开关断开，同时对高压变频器进行合闸。
本发明的有益效果是该高压变频器是在现有高压变频器结构的基 础上，通过利用变流器的工作特点对整流变压器进行预先励磁，从而 消除了高压变频器因冲击电流所造成的影响，并且其辅助电路的接入 电源也不再受相位的限制，变频器中辅助电路的结构也得到了简化。
图1为利用变流器进行软励磁的高压变频器结构示意图； 图2为现有高压变频器结构示意图。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
图1是利用变流器进行软励磁的高压变频器的一个具体实施例结 构示意图，该实施例以常用的三相变频器为例。如图所示，该高压变 频器除了包括有前述现有技术中的整流变压器1、整流与逆变电路3和 控制系统2外，还设有辅助绕组4、低压电源7、变流器6和绕组侧开关 8。
所述整流变压器1和整流与逆变电路3仍然按现有技术方式顺序串 联。控制系统2用以控制整个高压变频器在工作过程中的控制管理。所 述辅助绕组4的各相绕组分别与整流变压器1的主绕组相对应，即该相 对应辅助绕组与主绕组共用铁芯。所述低压电源7可以为一个变压器，
5将接入电源变压为较低电压；也可以直接接入三相交流电、单相交流电 或直流电。所述辅助绕组4的各相绕组通过变流器6与所述低压电源7 相连，通过变流器6接入电源。所述变流器6与控制系统2相连，受控 制系统2控制其输出的电流。所述绕组侧幵关8串联在辅助绕组线路上， 受控制系统2控制其开关。
本发明的核心在于在高压变频器的辅助电路中引入了变流器。所谓 变流器是一种较常用的电器设备，其可以通过信号控制使得接入电源的 电压、频率、相位和其他电量或特性发生变化，输出所需要电压、频率、 相位的电源。本发明即是利用变流器的这一特点，通过将变流器引入高 压变频器的辅助电路，使得其辅助电路不再受接入电源的相位限制，可 以通过任意电源对整流变压器进行软励磁，从而实现消除了高压变频器 因冲击电流所造成的影响的目的。
该利用变流器进行软励磁的高压变频器的具体合闸控制方法步骤如
下
(1) 控制系统2检测整流变压器1原边网侧电源的相位信息；
(2) 控制系统2根据检测到的整流变压器1原边网侧电源的相位信 息向变流器6发出控制指令，使得变流器6输出相应相位的低压辅助电 源；
(3) 控制系统2控制绕组侧开关8闭合，通过辅助绕组4对整流变 压器1的铁芯进行软励磁；
(4) 控制系统2检测整流变压器1铁芯的励磁强度，并依此控制变 流器6提高其输出的低压辅助电源的电流强度；
(5) 当控制系统2检测到整流变压器1铁芯励磁饱和时，控制系统 2控制绕组侧开关8断开，同时对高压变频器进行合闸。
上述为高压变频器的合闸过程。而高压变频器的分闸过程是上述过 程的逆过程，在此就不再重复。
可见，通过上述控制方法对本发明所设计的利用变流器进行软励磁 的高压变频器进行分合闸控制。该高压变频器由于通过变流器对其辅助 电路的接入电源进行调整，因此不用再受辅助电路接入电源相位的限制， 从而可以使用任何接入电源均能实现对整流变压器软励磁，以消除了高 压变频器因冲击电流所造成的影响。不仅如此，由于变流器的输出电 流强度可以受控制系统调控，因此省去了现有高压变频器辅助电路中所使用的限流电阻，简化了变频器的结构，降低了变频器的设计成本 和占用空间。
应当指出的是上述图1所示实施例仅是以典型的三相高压变频器为 例。在实际应用中，无论对于几相的高压变频器，只要依照上述结构在 辅助绕组与低压电源之间串联所述变流器，都可以完成消除由变频器合 分闸时所产生的冲击电流所造成的影响的工作。
综上所述，本发明所设计的利用变流器进行软励磁的高压变频器是 在现有高压变频器结构的基础上，通过利用变流器的工作特点对整流 变压器进行预先励磁，从而消除了高压变频器因冲击电流所造成的影 响，并且其辅助电路的接入电源也不再受相位的限制，变频器中辅助 电路的结构也得到了简化。本领域一般技术人员在此设计原理的基础 上，所做的任何显而易见的改造均应视为在本发明的保护范围之内。
权利要求
1、一种利用变流器进行软励磁的高压变频器，包括有整流变压器、整流与逆变电路、控制系统，该整流变压器和整流与逆变电路顺序串联，该控制系统对整个高压变频器的工作过程进行控制管理，其特征在于还设有辅助绕组、低压电源、变流器和绕组侧开关；所述辅助绕组的各相绕组分别与所述整流变压器的主绕组相对应；所述辅助绕组的各相绕组通过变流器与所述低压电源相连；所述变流器与控制系统相连，受控制系统控制其输出的电流；所述绕组侧开关串联在辅助绕组线路上，受控制系统控制其开关。
2、 如权利要求1所述的利用变流器进行软励磁的高压变频器，其 特征在于所述整流变压器为三相整流变压器。
3、 如权利要求1所述的利用变流器进行软励磁的高压变频器，其 特征在于所述低压电源为一个变压器，将接入电源变压为较低电压。
4、 如权利要求1所述的利用变流器进行软励磁的高压变频器，其特征在于所述低压电源直接接入三相交流电、单相交流电或直流电。
5、 一种利用变流器进行软励磁的高压变频器的控制方法，基于权利要求1所述的高压变频器实现，其特征在于包括如下步骤(1) 控制系统检测整流变压器原边网侧电源的相位信息；(2) 控制系统根据检测到的整流变压器原边网侧电源的相位信息向 变流器发出控制指令，使得变流器输出相应相位的低压辅助电源；(3) 控制系统控制绕组侧开关闭合，通过辅助绕组对整流变压器的 铁芯进行软励磁；(4) 控制系统检测整流变压器铁芯的励磁强度，并依此控制变流器 提高其输出的低压辅助电源的电流强度；(5) 当控制系统检测到整流变压器铁芯励磁饱和时，控制系统控制 绕组侧开关断开，同时对高压变频器进行合闸。
全文摘要
本发明提供了一种利用变流器进行软励磁的高压变频器，该高压变频器在现有技术基础上，还设有辅助绕组、低压电源、变流器和绕组侧开关；所述辅助绕组的各相绕组分别与所述整流变压器的主绕组相对应；所述辅助绕组的各相绕组通过变流器与所述低压电源相连；所述变流器与控制系统相连，受控制系统控制其输出的电流；所述绕组侧开关串联在辅助绕组线路上，受控制系统控制其开关。该高压变频器是在现有高压变频器结构的基础上，通过利用变流器的工作特点对整流变压器进行预先励磁，从而消除了高压变频器因冲击电流所造成的影响，并且其辅助电路的接入电源也不再受相位的限制，变频器中辅助电路的结构也得到了简化。
文档编号H02P27/06GK101610063SQ200910087859
公开日2009年12月23日 申请日期2009年6月24日 优先权日2009年6月24日
发明者王晓夫 申请人:北京利德华福电气技术有限公司