换流器及其控制单元的制作方法

本发明涉及电子电力技术领域，尤其涉及一种换流器及其控制单元。

背景技术：

大功率变频离心机组用换流器的主拓扑通常采用“交-直-交”结构。交流电输入，通过整流部分建立直流电势，在中间环节即直流母线上接入较大的电容用于储能，其主体结构如图1所示。

其中，换流器在工作时，直流母线上建立了较高的电压，当换流器停机时所述直流母线上的剩余电压需经过放电电路放电，否则将存在安全隐患。如图1所示，其采用的方案是在直流母线两端直接接入泄放电阻实现此功能。然而，这样则使得不论是在何种状态下，只要直流母线上有电压，泄放电阻上就会消耗能量，从而造成能量浪费，并且所述泄放电阻发热会使换流器内部温度升高。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的是提供一种换流器及其控制单元，以降低能量消耗。

根据本发明的第一方面，提供一种换流器的控制单元，包括：

控制模块、整流侧电压/电流传感器、第一电源、以及第二电源；

所述整流侧电压/电流传感器用于检测换流器的整流部分的电压或电流；

所述第一电源，用于在所述换流器正常工作时为所述控制模块供电；

所述第二电源，用于在所述换流器掉电时为所述控制模块供电；以及

所述控制模块根据所述整流侧电压/电流传感器检测到的电压或电流，判断所述换流器掉电，所述控制模块将其供电电源从所述第一电源切换到第二电源。

进一步地，所述第一电源为连接在直流母线之间的开关电源；和/或所述第二电源为与交流源连接的UPS。

进一步地，所述控制模块包括控制器和接触器；

当所述控制器通过整流侧电压/电流传感器采集到的电压或电流信号，判断出换流器掉电，则所述控制器控制所述接触器，使得接触器的常闭触点断开，并常开触点闭合，从而将所述供电电源从所述第一电源切换到第二电源。

进一步地，在所述换流器掉电时，所述控制模块发送脉冲信号，驱动换流器的DC/AC电路，使所述DC/AC电路的任意两个桥臂中的一个桥臂上管和另一个桥臂下管导通，从而使得电机绕组连接到换流器的放电电路中，用于对直流母线的残余电荷进行放电。

进一步地，用于驱动所述DC/AC电路的所述脉冲信号，为高电平信号或PWM信号。

进一步地，所述控制单元还包括直流母线电压传感器，用于检测两直流母线之间的电压；以及

所述控制模块根据直流母线电压传感器检测到的电压，控制将其供电电源从第二电源切换到第一电源。

进一步地，所述控制单元还包括直流母线电压传感器，用于检测两直流母线之间的电压；以及

所述控制模块根据直流母线电压传感器检测到的电压，控制将其供电电源从第二电源切换到第一电源。

进一步地，当控制模块通过该直流母线电压传感器检测到的电压，判断直流母线残余电荷放电结束时，控制模块输出控制信号，使所述接触器的线圈掉电，则接触器的常开触点断开，常闭触点闭合，从而将控制模块的所述供电电源由第二电源切换至第一电源。

进一步地，所述控制模块还包括接触器线圈指示灯，用于在放电电路放电时点亮，从而指示放电过程。

根据本发明的第二方面，提供一种换流器，包括：

电路部分，所述电路部分包括将来自交流源的交流电变换为直流电的整流部分、在换流器掉电时对连接在整流部分的两输出端的直流母线进行放电的放电电路以及将直流电变换为交流电的逆变部分；以及

如上述任一项所述的控制单元。

进一步地，所述放电电路包括连接在所述直流母线之间的母线电容，用于存储放电过程中的电能。

根据本发明的方案，通过检测换流器的掉电停机，对换流器的放电进行控制及指示，实现换流器停机时直流母线残余电放电功能可控。具体地，当换流器停机时接入放电电路，以及时泄放掉直流母线上的残余电荷；而当换流器正常工作时放电电路不接入，一方面减少不必要的损耗，另一方面不会使换流器内部温度升高，提高系统可靠性。并且进一步地，通过增加放电指示灯，在放电电路工作时点亮指示灯，放电完成后熄灭指示灯，从而使得放电过程更加直观。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了现有技术的换流器及其控制电路的结构示意图。

图2为根据本发明一优选实施例的换流器及其控制单元的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

首先结合图2说明本发明的换流器及其控制单元。图2示出了根据本发明一优选实施方式的包括控制单元的换流器。如图2所示，所述换流器包括电路部分1以及控制单元2。所述电路部分包括将来自交流源的交流电变换为直流电的整流部分11、在换流器停止时对连接在整流部分11的两输出端的直流母线14进行放电的放电电路12以及将直流电变换为交流电的逆变部分13。所述放电电路12包括连接在所述直流母线14之间的母线电容121。所述母线电容121用于存储放电过程中的电能。

所述控制单元2包括控制模块21、整流侧电压/电流传感器22、第一电源23、以及第二电源24。所述整流侧电压/电流传感器22用于检测整流部分的电压或电流。所述第一电源23和第二电源24均用于为所述控制模块21供电。其中，第一电源23的一端与两直流母线连接，用于在所述换流器工作时为所述控制模块21供电，并优选为开关电源。所述第二电源24优选为一端与所述交流源连接的不间断电源UPS(Uninterruptible Power System/Uninterruptible Power Supply)。当然，所述第二电源24还可选用其他储能电源，在逆变器掉电时向控制模块21供电。所述控制模块21根据所述整流侧电压/电流传感器22检测到的电压或电流，判断换流器停机，控制模块21将其供电电源从第一电源切换到第二电源,以对直流母线进行放电。

具体地，在一优选实施例中，所述控制模块21包括，能够提供PWM信号、并对采样信号进行处理的控制器，具体为例如变频驱动控制器、接触器211等。在换流器正常工作的情况下，控制模块21从直流母线14经第一电源23，例如开关电源取电，在换流器上电后，直流母线14建立电势，并在电势达到控制模块21的启动电压后，控制模块21开始工作。此时，换流器正常启动。并且，当换流器正常工作时，给电机供电拖动负载工作，此时，由于放电电路不接入，则一方面减少不必要的损耗，另一方面不会使换流器内部温度升高，提高系统的可靠性。

当换流器掉电时，直流母线14两端电压足够大，使得控制模块21及整流侧电压/电流传感器22不可能立即停止工作。此时，控制模块21通过整流侧电压/电流传感器22采集到的电压或电流信号，判断出换流器掉电。所述变频驱动控制器212控制接触器，使得其供电电源从开关电源23切换到UPS。具体地，所述变频驱动控制器212发出控制信号使得接触器211的线圈得电，从而使得常闭触点K1断开，常开触点K2闭合，即将电源从开关电源23切换到UPS 24，使所述变频驱动控制器212具有稳定的供电电源。其中，UPS在换流器掉电时向变频驱动控制器212供电，换流器正常工作时可进行充电。

进一步地，所述换流器的电路部分的逆变部分为DC/AC电路，控制DC/AC电路中相应的开关管，使直流母线电容、开关管、电机绕组构成通路，从而组成放电回路。在一个具体实施例中，所述DC/AC电路优选为桥式逆变电路，例如为如图2所示的三相桥式逆变电路。在换流器因掉电而停机时，变频驱动控制器212发送脉冲信号，驱动所述桥式逆变电路，使所述桥式逆变电路的任意两个桥臂中的一个桥臂上管和另一个桥臂下管导通或关断，从而使得电机绕组连接到所述放电电路中，用于对直流母线的残余电荷进行放电，例如由图2中所示UP和VN构成的通路、或者由UP和WN构成的通路、或者由VP和WN构成的通路，等等。用于驱动所述桥式逆变电路的所述脉冲信号，可以选择高电平信号或PWM信号。所述脉冲信号是高电平时，则开关管处于导通状态，若所述脉冲信号取PWM信号，则开关管处于导通、关断来回切换的状态。并且，当选择高电平信号时，直流母线14上的残余电放电速度快，但因为电机绕组自身阻抗不太大，极易出现过流保护。当选择PWM信号时，直流母线14上的残余电荷放电速度比选择高电平信号作为所述脉冲信号时稍慢，但更可靠、安全。

进一步地，所述控制单元2还包括直流母线电压传感器26，用于检测两直流母线之间的电压。所述控制模块21根据直流母线电压传感器26检测到的电压控制将其供电电源从第二电源切换到第一电源。具体地，当控制模块21通过该直流母线电压传感器检测到的电压，判断直流母线14残余电荷放电结束时，控制模块21输出控制信号，使接触器211的线圈掉电，则接触器211的常开触点K2断开，常闭触点K1闭合，如此，将控制模块21供电电源由UPS切换至开关电源。

进一步优选地，所述控制模块21还包括接触器线圈指示灯，在换流器停机时，通过变频驱动控制器实现直流母线残余电荷经电机绕组完成放电，同时点亮指示灯指示放电过程，直至放电完成，指示灯熄灭。

以上对本发明的换流器及其控制单元进行了描述。根据本发明的方案，通过检测换流器的掉电停机，对换流器的放电进行控制及指示，实现换流器停机时直流母线残余电荷放电功能可控。具体地，当换流器停机时接入放电电路，以及时泄放掉直流母线上的残余电荷；而当换流器正常工作时放电电路不接入，一方面减少不必要的损耗，另一方面不会使换流器内部温度升高，提高系统可靠性。并且进一步地，通过增加放电指示灯，在放电电路工作时点亮指示灯，放电完成后熄灭指示灯，从而使得放电过程更加直观。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。