专利名称：高压变频器功率单元的旁路装置的制作方法
技术领域：
高压变频器功率单元的旁路装置技术领域[0001]本实用新型涉及电力电子与控制技术，尤其涉及一种高压变频器功率单元的旁路装置，能够提高高压变频器在功率单元故障时的持续运行能力。
背景技术：
[0002]在高压变频器领域，自Peter W.Hammond在1995年提出单元串联高压变频器以来，这种通过低压电力变换技术实现高压电力变换的方法由于其输出电压波型好、输入谐波电流低、成本低、维护方便，已经成为高压变频器的主流技术，国内外许多厂家都已经推出了基于这项技术的产品。由于在节能降耗、改善生产工艺性以及提高设备工作寿命等方面效果显著，应用日益普遍。[0003]图1A所描述的就是这类高压变频器的典型方案，其每相由3个功率单元串联而成。图1A所示的高压变频器包括变压器1、九个相同的功率单元(如2AU)和主控制器4。变压器I包括I个原边绕组11和9个相位不同的三相副边绕组(如12AU)，原边绕组11与高压三相电网6连接；9个功率单元(如2AU)按照输出分成U、V、W三相，每相的三个功率单元(如2AU、2BU、2CU)的输出依次串联分别作为三相(如U相)，三相的一端au+、av+、aw+连接在一起作为三相输出的中性点0，另外一端cu-、CN-、CW-分别作为高压变频器的U、V、W输出，用于驱动高压电机5。主控制器4通过光纤分别与各功率单元(如2AU)连接，向各功率单元(如2AU)提供驱动信号，并接收各功率单元(如2AU)的运行信息。[0004]高压变频器多用于工业大型电机调速，对运行稳定性要求很高。在上述功率单元串联的架构下，每台高压变频器中都包括很多的功率单元，功率单元发生故障在所难免，如何在功率单元出现故障的情况下保证高压变频器继续运行就成为保证高压变频器运行稳定性的技术关键。[0005]为保证功率单元发生故障时高压变频器继续运行，通行的做法是对功率单元进行旁路控制。如果某一功率单元(如2AU)出现故障，则由主控制器4向功率单元(如2AU)发出旁路命令，使该功率单元(如2AU)进入旁路工作模式，保证高压变频器继续运行。为了维持三相输出电压的平衡，可以利用中性点偏移技术同时调整三相输出电压，也可以同时将另外两相中的对应功率单元(如2AV和2AW)旁路，但无论哪种方式，都离不开功率单元的可靠旁路。[0006]目前实现功率单元旁路的普遍做法是在功率单元中内置单元旁路电路，其功率单元的原理示意图如图1B所示。功率单元除包括熔断器21、整流电路22、直流滤波电路23、逆变电路24和功率单元控制电路26以外，还包括单元旁路电路25 ;在功率单元控制电路26控制下，使单元旁路电路25中的可控硅255触发导通，即可将功率单元2的输出短路，从而实现功率单元2的旁路控制。[0007]采用上述功率单元旁路方式，结构比较紧凑，因而获得了广泛应用，但是其缺点也很突出。首先，可控硅的触发电流来自功率单元内部，当功率单元故障时，功率单元往往随之失电，可控硅无法触发导通，导致功率单元旁路失败；即使旁路成功，旁路整流电路和可控硅会持续通过负载电流，损耗功率很大，很容易过温损坏，难以保证高压变频器的长时间运行；第三，具有旁路功能的功率单元与普通功率单元的设计难以保持一致，不利于高压变频器生产。实用新型内容[0008]有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种高压变频器功率单元的旁路装置，可以提高功率单元的旁路可靠性，能够保证高压变频器在功率单元旁路状态下长时间运行；功率单元的旁路装置与功率单元本身相对独立，可以避免功率单元的结构不同给生产带来的不便。[0009]为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的:[0010]一种高压变频器功率单元的旁路装置，主要包括接触器和控制变压器，其中:[0011]所述接触器包括一个常开主触点和一个常闭主触点；所述两个主触点的一端直接连接，另一端分别连接所述功率单元的两个输出端；所述两个主触点的直接连接端和功率单元连接所述接触器常闭主触点的输出端，分别作为旁路装置的输出端；通过变压器的副边绕组为接触器控制线圈供电。[0012]其中:所述接触器的控制线圈连接功率单元控制电路。[0013]所述接触器还具有辅助触点，所述接触器的辅助触点连接功率单元控制电路。[0014]较佳地，还包括继电器，所述继电器具有常开触点，该常开触点与所述接触器的控制线圈、控制变压器的副边绕组构成串联回路；继电器的控制线圈连接功率单元控制电路。[0015]较佳地，还包括电阻器，所述继电器具有常闭触点，该常闭触点与电阻器并联后，再串联入接触器的控制线圈、控制变压器的副边绕组、继电器的常开触点构成的串联回路中。[0016]所述控制变压器为单相变压器，其原边绕组连接功率单元的熔断器与整流电路之间三个连接点中的两个。[0017]同输出相的功率单元旁路装置的输出端依次串联，形成旁路装置链，各相功率单元旁路装置链的一个对应端连接在一起作为高压变频器输出的中性点，另一对应端分别作为高压变频器的高压输出端。[0018]本实用新型提供的高压变频器功率单元的旁路装置，具有以下优点:[0019]I)采用本实用新型，当功率单元出现内部故障导致其内部失电时，接触器的控制线圈失电，使旁路装置进入旁路状态，因而能够避免功率单元旁路电路的功率单元失电时无法旁路的现象，提高了功率单元旁路功能的可靠性。[0020]2)该功率单元的旁路装置，采用接触器主触点实现旁路，导通损耗很小，能够在功率单元旁路状态下保证高压变频器的长时间运行。[0021]3)该功率单元的旁路装置与功率单元本身相对独立,其功率单元与普通不带旁路功能的功率单元相同，当需要时，只要为高压变频器的功率单元加装旁路装置，即可使高压变频器具有功率单元旁路功能，从而避免的功率单元的差异化设计，便于功率单元的生产。
[0022]图1A为现有功率单元串联高压变频器的主电路示意图；[0023]图1B为图1A高压变频器功率单元的原理示意图；[0024]图2A为本实用新型带有功率单元旁路装置的高压变频器主电路示意图；[0025]图2B为图2A高压变频器的功率单元旁路装置的原理示意图；[0026]图3A为图2A高压变频器的功率单元旁路装置的另一实施例；[0027]图3B为图3A功率单元旁路装置的一种变化形式。[0028]主要部件符号说明[0029]1:变压器[0030]11:原边绕组[0031]12AU、12AV、12AW、12BU、12BV、12BW、12CU、12CV、12CW:副边绕组[0032]2、2AU、2AV、2AW ;2BU、2BV、2BW ;2CU、2CV、2CW:功率单元[0033]21:熔断器[0034]22:整流电路[0035]23:直流滤波电路[0036]24:逆变电路[0037]25:单元旁路电路[0038]25 f254:旁路整流电路[0039]255:可控硅[0040]26:功率单元控制电路[0041]3、3AU、3AV、3AW ;3BU、3BV、3BW ;3CU、3CV、3CW:功率单元旁路装置[0042]31:接触器[0043]32:控制变压器[0044]33:继电器[0045]34:电阻器[0046]4:主控制器[0047]5:高压电机[0048]6:三相高压电网。
具体实施方式
[0049]
以下结合附图及本实用新型的实施例对高压变频器功率单元的旁路装置作进一步详细的说明。首先以图2A和图2B为例对本实用新型的高压变频器功率单元旁路装置进行说明。其中图2A为采用本实用新型功率单元旁路装置后高压变频器的主电路接线图，图2B为其中的功率单元及其本实用新型功率单元旁路装置的电路示意图。[0051]在图2A中，高压变频器包括变压器1、9个功率单元(如2AU)、9个功率单元旁路装置(如3AU)、以及主控制器4 ;每个功率单元(如2AU)连接一个功率单元旁路装置(如3AU)。[0052]在图2B中，功率单元2包括熔断器21，整流电路22，直流滤波电路23，逆变电路24和功率单元控制电路26，与图1B对照，可以看出功率单元内部已经不包括单元旁路电路25。[0053]在图2B中，功率单元旁路装置3包括接触器31和控制变压器32。其中接触器31包括一个常开主触点和一个常闭主触点；常开主触点和常闭主触点的右端直接连接，常开主触点、常闭主触点的左端分别连接功率单元2的两个输出端；功率单元旁路装置的输出端“++”就是接触器两个主触点的共同连接端，而输出端实际上就是与接触器常闭主触点连接的功率单元2的输出端。当接触器31的控制线圈KM得电时，常开主触点闭合，常闭主触点断开，功率单元2可通过对应的功率单元旁路装置3正常输出；而当接触器31的控制线圈KM失电时，常开主触点断开，常闭主触点闭合，功率单元旁路装置3的输出端“++”、之间短路，功率单元的输出被旁路。同输出相的功率单元旁路装置的输出依次串联，形成旁路装置链，各相功率单元旁路装置链的一个对应端连接在一起作为高压变频器输出的中性点，另一对应端分别作为高压变频器的高压输出端。[0054]由图2A可以看出，同输出相的功率单元旁路装置(如3AU、3BU、3⑶)的输出端依次串联，例如功率单元旁路装置3AU的输出端3au-连接3BU的输出端3bu++，3BU的输出端3bu-连接3⑶的输出端3cu++，9个功率单元旁路装置一共可以形成3个功率单元旁路装置链；3个功率单元旁路装置链的一个对应端3au++、3av++、3aw++连接在一起，作为高压变频器的三相输出的中性点，而另一个对应端3cu-、3cv-、3cw-则分别作为高压变频器的高压输出端U、V、W。[0055]在图2B中，功率单元旁路装置3中的控制变压器32的副边绕组为接触器31的控制线圈KM提供电力。[0056]在图2B中，接触器31的控制线圈KM连接对应的功率单元控制电路26，由功率单元控制电路26控制接触器31的控制线圈KM是否得电，即可控制功率单元的旁路动作。[0057]鉴于功率单元的旁路对于高压变频器运行的重要性，往往需要判断功率单元是否旁路成功。为此，在图2B中的接触器31还具有一个辅助触点，该辅助触点连接功率单元控制电路26，可以通过功率单元控制电路26向高压变频器的主控制器4反馈该功率单元是否旁路成功。[0058]为了简化功率单元控制电路26，功率单元旁路装置3中还可以包括继电器33，如图3A所示。继电器33具有常开触点，该常开触点与接触器31的控制线圈KM、控制变压器32的副边绕组串联构成闭合回路；继电器33的控制线圈J连接功率单元控制电路26，由功率单元控制电路26对功率单元旁路装置进行控制。当继电器33的控制线圈J得电时，其常开触点闭合，变压器32的副边绕组对接触器31的控制线圈KM励磁，接触器31的常开主触点闭合，常闭主触点断开功率单元2通过对应的旁路装置3正常输出；当继电器33的控制线圈J失电时，功率单元旁路装置3旁路生效。[0059]在高压变频器正常运行时，接触器31的控制线圈KM处于长时间得电状态，容易造成控制线圈发热甚至损坏。为避免这种情况，图3B给出了图3A所示的功率单元旁路装置的另一种实施方式。[0060]在图3B中，功率单元旁路装置3还包括电阻器34，用于在接触器31得电后对其控制线圈KM进行限流。这时要求继电器33还具有常闭触点，并且该常闭触点与电阻器34并联后，与控制变压器32的副边绕组、接触器31的控制线圈KM、继电器33的常开触点一起形成串联回路。当继电器33的控制线圈得电后，其常开触点闭合，常闭触点断开，接触器31的控制线圈KM得电，电阻器34随即通过电流，可以降低通过接触器31的控制线圈KM的电流，防止接触器31的控制线圈KM过热，从而延长接触器31的工作寿命。[0061]从图2B、图3A、图3B还可以看出，功率单元旁路装置3中的控制变压器32为单相变压器；在功率单元熔断器21与整流电路22之间共有3个连接点，控制变压器32的原边绕组连接到其中的两个。于是，当功率单元2出现内部故障导致功率单元内部失电时，接触器31的控制线圈失电，使旁路装置进入旁路状态，从而避免了出现图1B所描述的功率单元旁路电路当功率单元失电时无法旁路的现象，提高了功率单元旁路功能的可靠性。[0062]本实用新型提供的功率单元旁路装置采用接触器主触点实现旁路，导通损耗很小，能够在功率单元旁路状态下保证高压变频器长时间运行。[0063]本实用新型提供的功率单元旁路装置与功率单元本身相对独立，从图2B可以看出，其中的功率单元2与普通不带旁路功能的功率单元相同，当需要时，只要为高压变频器的功率单元加装旁路装置，即可使高压变频器具有功率单元旁路功能，从而避免的功率单元的差异化设计，便于功率单元的生产。[0064]以上所述，仅为本实用新型较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。
权利要求1.一种高压变频器功率单元的旁路装置，其特征在于，主要包括接触器和控制变压器，其中: 所述接触器包括一个常开主触点和一个常闭主触点；所述两个主触点的一端直接连接，另一端分别连接所述功率单元的两个输出端；所述两个主触点的直接连接端和功率单元连接所述接触器常闭主触点的输出端，分别作为旁路装置的输出端；通过变压器的副边绕组为接触器控制线圈供电。
2.根据权利要求1所述高压变频器功率单元的旁路装置，其特征在于，所述接触器的控制线圈连接功率单元控制电路。
3.根据权利要求1或2所述高压变频器功率单元的旁路装置，其特征在于，所述接触器还具有辅助触点，所述接触器的辅助触点连接功率单元控制电路。
4.根据权利要求1或2所述高压变频器功率单元的旁路装置，其特征在于，还包括继电器，所述继电器具有常开触点，该常开触点与所述接触器的控制线圈、控制变压器的副边绕组构成串联回路；继电器的控制线圈连接功率单元控制电路。
5.根据权利要求4所述高压变频器功率单元的旁路装置，其特征在于，还包括电阻器，所述继电器具有常闭触点，该常闭触点与电阻器并联后，再串联入接触器的控制线圈、控制变压器的副边绕组、继电器的常开触点构成的串联回路中。
6.根据权利要求1所述高压变频器功率单元旁路装置，其特征在于，所述控制变压器为单相变压器，其原边绕组连接功率单元的熔断器与整流电路之间三个连接点中的两个。
7.根据权利要求1所述高压变频器功率单元旁路装置，其特征在于，同输出相的功率单元旁路装置的输出端依次串联，形成旁路装置链，各相功率单元旁路装置链的一个对应端连接在一起作为高压变频器输出的中性点，另一对应端分别作为高压变频器的高压输出端。
专利摘要本实用新型公开了一种高压变频器功率单元的旁路装置，包括接触器和控制变压器，其中的接触器至少包括一个常开主触点和一个常闭主触点；两个主触点的一端直接连接，另一端分别连接功率单元的两个输出端；两个主触点的直接连接端和功率单元连接常闭触点的输出端分别作为旁路装置的输出端；其中的控制变压器的副边绕组为接触器控制线圈供电。同输出相的功率单元旁路装置的输出端依次串联，形成旁路装置链；各相功率单元旁路装置链的一个对应端互相连接作为高压变频器的输出中性点，另一对应端可以获得高压变频器的高压输出。采用本实用新型，能够使高压变频器功率单元的旁路动作更加安全可靠，从而提高高压变频器的运行稳定性。
文档编号H02M1/32GK202978689SQ20122066982
公开日2013年6月5日 申请日期2012年12月7日 优先权日2012年12月7日
发明者李永盼 申请人:上海亿思特电气股份有限公司