一种电力有源滤波器的直流保护电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开一种电力有源滤波器的直流保护电路，包括防止直流母线电压过高损坏IPM的放电保护回路和在系统关机、断电后，对直流储能电容放电的断电泄能回路，放电保护回路设置在与正负直流母线相连的直流电容C7两端；包括放电电阻R7、放电开关Q7，检测模块和控制模块，放电电阻和放电开关串连后并联在直流电容C7两端，检测模块检测直流电容C7两端的电压与控制模块相连，控制模块判断到检测模块输出的电压大于设定值时产生控制信号控制所述的放电开关闭合；断电泄能回路包括并联在直流电容C7两端的断电泄能电阻R9，断电泄能电阻R9远大于放电电阻R7。在直流母线电压高于设定值时放电保护回路导通放电，在开关机后通过断电泄能回路泄能。
【专利说明】
一种电力有源滤波器的直流保护电路
技术领域
[0001] 本实用新型涉及电力有源滤波器领域，特别涉及一种在电力有源滤波器中对连接 到直流母线上的直流电容进行保护的直流保护电路。
【背景技术】
[0002] 电力有源滤波器(APF:Active power filter)是一种用于动态抑制谐波、补偿无 功的新型电力电子装置，它能够对不同大小和频率的谐波进行快速跟踪补偿，之所以称为 有源，是相对于无源LC滤波器，只能被动吸收固定频率与大小的谐波而言，APF可以通过采 样负载电流并进行各次谐波和无功的分离，控制并主动输出电流的大小、频率和相位，并且 快速响应，抵销负载中相应电流，实现了动态跟踪补偿，而且可以既补谐波又补无功和不平 衡。
[0003] 有源滤波器同无源滤波器比较，治理效果好，主要可以同时滤除多次及高次谐波， 不会引起谐振，但是价位相对高。目前的有源滤波器均以低压为主，高压有源滤波器技术已 经成熟，但是实际应用安全系数很低，国际普遍做法是以变压器升压，来保证可靠性，国家 相关部门也要求以变压器升压的形式和有源滤波器结合，治理高压谐波。
[0004] 有源滤波器的原理:有源电力滤波器通过电流互感器检测负载电流，并通过内部 DSP计算，提取出负载电流中的谐波成分，然后通过PWM信号发送给内部IGBT，控制逆变器产 生一个和负载谐波电流大小相等，方向相反的谐波电流注入到电网中，达到滤波的目的。
[0005] 直流母线电压Ud过会高损坏IPM，另外，系统停机、断电后，出于安全考虑，直流储 能电容的能量必须在规定的时间内泄放完毕。
【发明内容】
[0006] 本实用新型的目的是提供一种直流保护电路，对直流储能电容进行保护。
[0007] 本实用新型为实现其发明目的所采用的技术方案是一种电力有源滤波器的直流 保护电路，包括防止直流母线电压Ud过高损坏IPM的放电保护回路和在系统关机、断电后， 对直流储能电容放电的断电泄能回路，所述的放电保护回路设置在与正负直流母线相连的 直流电容C7两端;包括放电电阻R7、放电开关Q7，检测模块和控制模块，所述的放电电阻和 放电开关串连后并联在直流电容C7两端，所述的检测模块检测所述的直流电容C7两端的电 压与所述的控制模块相连，所述的控制模块判断到检测模块输出的电压大于设定值时产生 控制信号控制所述的放电开关闭合;所述的断电泄能回路包括并联在直流电容C7两端的断 电泄能电阻R9,所述的断电泄能电阻R9远大于放电电阻R7。
[0008] 在直流母线电压高于设定值时放电保护回路导通放电，在开关机后通过断电泄能 回路泄能。
[0009] 进一步的，上述的电力有源滤波器的直流保护电路中：所述的放电开关Q7为放电 IGBT，放电IGBT的源极端通过放电电阻R7接直流电容C7的阳极，放电IGBT的漏极端接直流 电容C7的阴极。
[0010] 进一步的，上述的电力有源滤波器的直流保护电路中：还包括对所述的放电IGBT 进行驱动的驱动电路，所述的驱动电路包括三极管Q1、三极管Q2和三极管Q3;所述的控制模 块通过隔离光耦U1接三极管Q1的基极，三极管Q1的集电极通过集电极电阻R2接高电平，三 极管Q1的发射极接地;三极管Q1的集电极分别与三极管Q2和三极管Q3的基极相连，三极管 Q2的集电极接高电平，三极管Q2的发射极接三极管Q3的集电极，三极管Q3的发射极接地;三 极管Q2的发射极与三极管Q3的集电极连接处接放电IGBT的栅极。
[0011] 以下将结合附图和实施例，对本实用新型进行较为详细的说明。
【附图说明】
[0012] 图1是本实用新型原理电路图。
[0013] 图2是本实用新型IGBT驱动电路原理图。
【具体实施方式】
[0014] 本实施例是一种电力有源滤波器中，直流保护的电路，如图1所示，包括两部分，其 一是放电保护回路，防止直流母线电压Ud过高损坏IPM，其二是断电泄能回路，用于系统关 机、断电后，直流储能电容放电。
[0015] 利用一个电压检测模块对直流母线放电保护回路对Ud进行实时检测，检测模块中 有一个检测电阻R8,电压检测也就是对直流电容C7两端的电压进行实时检测，当Ud多 800V，控制模块控制开通放电Q7，Q7是一个IGBT，使电容C7通过放电电阻R7进行放电；当Ud 彡700V，控制模块控制关断放电IGBT。放电IGBT的额定电流取为IC=150A，额定电压UCES = 1200V，则初始放电电流I c = 150A，放电电阻计算如下：
[0016]
[0017] 实际中取R = 6Q。
[0018] RC电路满足以下方程：
[0019]
[0020]其中，初始电压 1]。= 800￥，11。= 700^ = 2011^，1? = 6〇，可解得七=161118。
[0021 ]由上可见，R7值越小，放电越快，瞬时放电电流也越大，放电电阻的散热要求和 IGBT电流定额都要相应提高，从而导致成本上升。R7值的选取需要折衷考虑放电时间t和放 电电流I两方面的因素。实际中R = 6Q，采用专用的电机启动电阻。
[0022]实际系统直流放电采用的是IGBT，其额定电流、电压分别为300A、1200V。由于此电 路对IGBT的损耗、开关速度等性能要求不高，选型是比较容易的。IGBT的驱动电路图如图2 所示。这个驱动电路由三极管Q1、三极管Q2和三极管Q3组成，首先三极管Q1的基极通过隔离 光耦U1接收由控制模块产生的控制信号，然后通过由三极管Q2和三极管Q3组成的推挽电路 对IGBT进行驱动，另外，在实践电路中三极管一般需要有基极电阻、集电极电阻和发射极电 阻等如电阻R1、电阻R2和电阻R3,还有一些寄生电容如电容C1、电容C2。
[0023]系统停机、断电后，出于安全考虑，直流储能电容的能量必须在规定的时间内泄放 完毕。因此，有一个断电泄能回路设置在直流电容C7的两端，它是一个并联在电容C7两端的 电阻R9。对于RC-阶电路的零输入响应，工程上一般认为经过(3τ~5τ)时间过渡过程即告 结束，假设本系统的放电时间t = 120s，于是有
[0024] 3i = 3RC = t
[0025] 其中，C = 20mF，t = 120s，可解得R = 2kQ。电阻消耗的功率为
[0026]
[0027]显然，减小R9可以加快放电过程，方便调试，但损耗会上升。为了减小电阻发热和 损耗，实际中采用一个10kQ，lkW的电阻固定于装置内。但为了调试方便，可以在装置外部 再并联一个2kQ，lkW的电阻，以加快放电速度。最终取值需要综合考虑放电时间和损耗两 方面的影响。因此，R9应该远大于R7。
【主权项】
1. 一种电力有源滤波器的直流保护电路，包括防止直流母线电压过高损坏IPM的放电 保护回路和在系统关机、断电后，对直流储能电容放电的断电泄能回路，其特征在于： 所述的放电保护回路设置在与正负直流母线相连的直流电容C7两端；包括放电电阻 R7、放电开关Q7,检测模块和控制模块，所述的放电电阻和放电开关串连后并联在直流电容 C7两端，所述的检测模块检测所述的直流电容C7两端的电压与所述的控制模块相连，所述 的控制模块判断到检测模块输出的电压大于设定值时产生控制信号控制所述的放电开关 闭合； 所述的断电泄能回路包括并联在直流电容C7两端的断电泄能电阻R9,所述的断电泄能 电阻R9远大于放电电阻R7。2. 根据权利要求1所述的电力有源滤波器的直流保护电路，其特征在于:所述的放电开 关Q7为放电IGBT，放电IGBT的源极端通过放电电阻R7接直流电容C7的阳极，放电IGBT的漏 极端接直流电容C7的阴极。3. 根据权利要求2所述的电力有源滤波器的直流保护电路，其特征在于:还包括对所述 的放电IGBT进行驱动的驱动电路，所述的驱动电路包括三极管Q1、三极管Q2和三极管Q3; 所述的控制模块通过隔离光耦U1接三极管Q1的基极，三极管Q1的集电极通过集电极电 阻R2接高电平，三极管Q1的发射极接地;三极管Q1的集电极分别与三极管Q2和三极管Q3的 基极相连，三极管Q2的集电极接高电平，三极管Q2的发射极接三极管Q3的集电极，三极管Q3 的发射极接地;三极管Q2的发射极与三极管Q3的集电极连接处接放电IGBT的栅极。
【文档编号】H02M1/32GK205622497SQ201620353329
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2016年4月25日
【发明人】王国庆, 钱志刚, 刘镇浩
【申请人】深圳索瑞德电子有限公司