专利名称：一种交流逆变式高压变频器预充电电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种交流逆变式高压变频器预充电电路，特别是一种通过交流逆 变设备产生激磁电流对变压器进行励磁，从而避免了激磁电流在限流电阻上消耗较大功率 的预充电电路，属于高压变频器技术领域。
背景技术：
随着电力电子技术的发展，变频器作为电力电子技术发展的产物，在国民经济的 各个领域如冶金、石化、自来水、电力等行业得到广泛的应用，并发挥着越来越重要的作用， 特别是，高压大功率变频器的应用日渐广泛。在高压变频器中，由功率单元(又称功率模块、变流单元，如图2所示)串联构成 的高压大功率变频器(如图1所示)作为适合中国国情、性能优异的变频器，受到众多变频 器生产厂商、科研院所、工程技术人员、用户的青睐。高压大功率变频器有多种拓扑结构，篇幅所限，本说明书仅针对在市场上应用最 为广泛的单元串联多电平型高压变频器进行叙述。本专利所述技术应用于其他拓扑结构的 高压变频器时，其工作原理、拓扑结构、控制方法与本说明书的叙述完全相同。这种高压变频器结构已经在中国实用新型专利ZL97100477. 3中公开。该高压变 频器在电网侧有一个整流变压器，此整流变压器有多个副边绕组，为了抑制对电网的谐波， 这些副边绕组常常采用曲折绕法，达到移相的效果，分别给各个串联的功率单元供电。每个 功率单元为3相输入、单相输出的电压源型变频器。在电路原理上，此整流变压器起到了隔离的作用，使各功率单元相互之间在输入 侧隔离，这样，由于功率单元的逆变桥在输出侧相互串联，功率单元的整体电位(电势)就 会逐级提高。通常，此整流变压器有一个辅助绕组，为变频器的冷却风机供电。目前，高压变频器在高压上电时，通常采用直接冲击的方法，即直接闭合为其供电 的高压断路器。用这种方法在高压上电时，会对高压电网产生7至10倍于额定电流的冲击 电流，影响电网的安全、稳定运行。同时，会对功率单元内的直流电容和整流器件产生很大 的冲击电流，影响其使用寿命。一种解决方法是在变频器的高压输入侧安装激磁涌流抑制电路。该电路由限流电 阻和与之并联的高压开关(高压真空断路器或者高压真空接触器)组成。该电路串联在高 压电源与高压变频器的输入端之间。在高压上电前，高压开关处于断开状态，通过限流电阻 对高压变频器进行充电，充电完成后，闭合高压开关，充电过程结束。由于该电路属于高压 电路，所用的器件为高压器件，所以成本远高于本专利所述电路，体积也远大于本专利所述 电路。另一种解决方法是通过低压电源和限流电阻向整流变压器的辅助绕组供电，通过 变压器在副边绕组上产生感应电压，对功率单元的直流电容进行充电。随着充电过程的进 行，逐渐用接触器旁路掉部分限流电阻，充电完成后，断开充电电路，闭合高压断路器。这种方法虽然能够实现用低压电源对变频器的充电，但是存在着一些问题第一，由于整流变压 器整机的额定容量远大于其辅助绕组的额定容量，因此通过辅助绕组激磁时，稳态激磁电 流非常大，过大的激磁电流会在限流电阻上产生过大的电压降，如果选择较少的接触器，每 次旁路的电阻阻值较大，则每次旁路突加在辅助绕组上的电压较高，从而每次用接触器旁 路电阻时会对低压电源产生很大的冲击电流，同时也对功率单元中的直流电容有一定的冲 击，如果选择较多的接触器，则成本较高；第二，如果为了节省成本，省去最后一级接触器， 在断开充电电路前未旁路所有限流电阻，则考虑到电阻上的电压降，预充电是不充分的，在 高压上电时仍会有冲击电流；第三，由于过大的激磁电流使电阻严重发热，因而此电路需要 采用大功率电阻，体积大，成本高，效率低。
实用新型内容本实用新型的主要目的是解决现有技术中存在的问题，提供一种通过交流逆变设 备产生激磁电流对变压器进行励磁的预充电电路及其控制方法，避免了变压器激磁电流对 预充电的影响，最大限度地降低了电路损耗，提高了系统效率，降低了系统成本，降低了上 电过程对电网和功率单元的冲击。本实用新型的实用新型目的是通过下述技术方案予以实现的一种交流逆变式高压变频器预充电电路，其特征在于，包括辅助绕组、交流逆变 设备和低压电源；所述辅助绕组设置在整流变压器的副边侧，与该原边绕组相对应；所述交流逆变 设备串联在辅助绕组和低压电源之间；该交流逆变设备的输入端与低压电源相连，其输出 端与辅助绕组相连。所述低压电源采用单相交流电电源、三相交流电电源或直流电源。所述交流逆变设备采用交直交型低压逆变器或直流转交流逆变器。在所述交流逆变设备的输出端与辅助绕组之间还可以设置有滤波器。所述滤波器采用LC滤波器或者RC滤波器。在所述交流逆变设备的输入侧和/或输出侧可以安装有接触器。本实用新型的有益效果是该充电电路通过用交流逆变设备替代现有的限流电阻 产生激磁电流对变压器进行励磁，避免了变压器激磁电流对预充电的影响，最大限度地降 低了电路损耗，提高了系统效率，降低了系统成本，降低了上电过程对电网和功率单元的冲 击ο
图1为单元串联多电平高压变频器的结构；图2为典型的功率单元结构；图3为交流逆变式高压变频器预充电电路的电路图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步描述。图3是交流逆变式高压变频器预充电电路的电路图。如图所示，高压变频器的整流变压器1包括有原边绕组2和副边绕组3。所述用于高压变频器的谐振式预充电电路设 置在整流变压器1的副边侧，包括辅助绕组4、交流逆变设备6和低压电源8。所述辅助绕组4设置在整流变压器的副边侧，与该原边绕组2相对应。所述交流 逆变设备6串联在辅助绕组4和低压电源8之间。该交流逆变设备6的输入端与低压电源 8相连，其输出端与辅助绕组4相连。如上述结构的交流逆变式预充电电路相较于现有高压变频器的预充电电路其主 要特点是通过交流逆变设备替代现有预充电电路中的限流电阻的作用，使得低压电源对高 压变频器的充电过程通过交流逆变设备进行调压控制。所谓交流逆变设备一般为交直交型 低压变频器或者直流变交流的逆变器，能够主动地控制其输出电压的幅值和频率。在充电 过程中，可以通过主动提升输出电压来实现对变压器的柔性激磁和对功率单元内直流电容 的缓慢充电。与现有的电阻限流充电技术相比，其充电过程可控性更强、更柔和，由于电力 电子器件的损耗远远小于现有技术电阻的损耗，因此充电过程功率消耗和发热更小，效率 更高。由于在本实用新型所设计的预充电电路中是采用交流逆变设备来产生激磁电流 对变压器进行励磁。而交流逆变设备本身是可以根据控制产生相应电压和频率的交流电 的。因此，基于该预充电电路的低压电源8可以不限于是三相交流电电源，其可以是单相交 流电电源、三相交流电电源或直流电源。相应的，对于采用交流电源作为低压电源的，其交 流逆变设备应采用交直交型低压逆变器。而对于采用直流电源作为低压电源的，其交流逆 变设备应采用直流转交流逆变器。另外，根据需要，在所述交流逆变设备6的输出端与辅助绕组4之间还可设置有滤 波器5，用以降低交流逆变设备6输出电压的谐波并补偿一定的充电所需无功功率。该滤波 器5可以采用LC滤波器或者RC滤波器。除此之外，有时为了避免在高压上电后交流逆变设备6长期带电，或者避免高压 电源与低压电源在主变压器以外的地方耦合，可在交流逆变设备的输入侧和/或输出侧安 装接触器，使交流逆变设备在非预充电状态下与低压电源/整流变压器进行电气隔离。该交流逆变设备6容量选用原则为其额定输出电流不低于整流变压器依赖辅助 绕组4进行激磁时的激磁电流，一般选为该值的2至3倍，以防止交流逆变设备6在对高压 变频器充电时发生过载。综上所述，本实用新型所设计的交流逆变式高压变频器预充电电路及其控制方法 是通过用交流逆变设备替代现有的限流电阻产生激磁电流对变压器进行励磁，避免了变压 器激磁电流对预充电的影响，最大限度地降低了电路损耗，提高了系统效率，降低了系统成 本，降低了上电过程对电网和功率单元的冲击。本领域一般技术人员基于上述设计思想所 做的任何不具有创造性的改造，均应视为在本实用新型的保护范围之内。
权利要求一种交流逆变式高压变频器预充电电路，其特征在于，包括辅助绕组、交流逆变设备和低压电源；所述辅助绕组设置在整流变压器的副边侧，与整流变压器的原边绕组相对应；所述交流逆变设备串联在辅助绕组和低压电源之间；该交流逆变设备的输入端与低压电源相连，其输出端与辅助绕组相连。
2.如权利要求1所述的交流逆变式预充电电路，其特征在于所述低压电源采用单相 交流电电源、三相交流电电源或直流电源。
3.如权利要求1所述的交流逆变式预充电电路，其特征在于所述交流逆变设备采用 交直交型低压逆变器或直流转交流逆变器。
4.如权利要求1所述的交流逆变式预充电电路，其特征在于在所述交流逆变设备的 输出端与辅助绕组之间还设置有滤波器。
5.如权利要求4所述的交流逆变式预充电电路，其特征在于所述滤波器采用LC滤波 器或者RC滤波器。
6.如权利要求1所述的交流逆变式预充电电路，其特征在于在所述交流逆变设备的 输入侧和/或输出侧安装有接触器。
专利摘要本实用新型提供了一种交流逆变式高压变频器预充电电路，其特征在于，包括辅助绕组、交流逆变设备和低压电源；所述辅助绕组设置在整流变压器的副边侧，与该原边绕组相对应；所述交流逆变设备串联在辅助绕组和低压电源之间；该交流逆变设备的输入端与低压电源相连，其输出端与辅助绕组相连。通过用交流逆变设备替代现有的限流电阻产生激磁电流对变压器进行励磁，避免了变压器激磁电流对预充电的影响，最大限度地降低了电路损耗，提高了系统效率，降低了系统成本，降低了上电过程对电网和功率单元的冲击。
文档编号H02M7/44GK201774462SQ20102014644
公开日2011年3月23日 申请日期2010年3月29日 优先权日2010年3月29日
发明者马永健 申请人:北京利德华福电气技术有限公司