一种软启动电路和电气设备的制作方法

本实用新型涉及电力电子技术领域，更具体地说，涉及一种软启动电路和电气设备。

背景技术：

中点箝位型三电平逆变器的拓扑结构如图1所示，包括逆变桥、正母线电容C_p和负母线电容C_n，其中：正母线电容C_p连接在逆变器的正直流母线Bus+与中性点O之间；负母线电容C_n连接在逆变器的负直流母线Bus-与中性点O之间。

中点箝位型三电平逆变器在正常运行前首先要进行软启动，将C_p和C_n充电至均衡的稳定运行电压。其目前采用的软启动电路如图2所示，包括接触器K、三相双绕组升压变压器T、限流电阻R和由4个整流桥开关连接而成的全桥整流电路Z，其中：三相双绕组升压变压器T的原边绕组经接触器K接入电网；三相双绕组升压变压器T的副边绕组中的A、C两相绕组连接全桥整流电路Z的交流侧，其B相绕组连接逆变器的中性点O；全桥整流电路Z的直流侧经限流电阻R连接逆变器的正、负直流母线。接触器K在需要进行软启动时闭合，在软启动完成后断开。

但该软启动电路存在如下缺陷：在软启动过程中，全桥整流电路Z中的每一个整流桥开关都需要承受整个直流母线电压应力的一半，容易造成整流桥开关器件过压损坏。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型提供一种软启动电路和电气设备，以避免软启动过程中出现整流桥开关过压损坏现象。

一种软启动电路，包括：

接触器、限流电阻、三绕组升压变压器、第一全桥整流电路、第二全桥整流电路和继电器，其中：

所述三绕组升压变压器的原边绕组依次经过所述限流电阻和所述接触器接入电网；

所述三绕组升压变压器的第一副边绕组连接所述第一全桥整流电路的交流侧；

所述三绕组升压变压器的第二副边绕组连接所述第二全桥整流电路的交流侧；

所述第一全桥整流电路的直流侧经所述继电器连接在正母线电容两端；

所述第二全桥整流电路的直流侧经所述继电器连接在负母线电容两端。

其中，所述第一全桥整流电路和所述第二全桥整流电路均为二极管全桥整流电路。

其中，所述电网为单相电网或三相电网。

其中，当所述软启动电路用于实现中压电气设备的软启动时，所述电网为低压电网；

当所述软启动电路用于实现高压电气设备的软启动时，所述电网为低压电网或中压电网。

其中，所述第一全桥整流电路和所述第二全桥整流电路均是由四个整流桥开关管连接而成。

可选地，所述软启动电路还包括：连接在所述电网与所述接触器之间的熔断器。

一种电气设备，包括：逆变桥、正母线电容、负母线电容以及上述公开的任一种软启动电路。

一种电气设备，包括逆变桥、正母线电容、负母线电容、接触器、限流电阻、双绕组升压变压器和继电器，其中：

所述双绕组升压变压器的原边绕组依次经过所述限流电阻和所述接触器接入电网；

当所述电网为单相电网时，所述双绕组升压变压器为单相双绕组升压变压器，其副边绕组经所述继电器连接所述逆变桥的任意两个桥臂输出端；

当所述电网为三相电网时，所述双绕组升压变压器为三相双绕组升压变压器，其副边绕组中的A、B、C三相绕组经所述继电器连接所述逆变桥的三个桥臂输出端。

可选地，所述软启动电路还包括：连接在所述电网与所述接触器之间的熔断器。

其中，所述电气设备为中点箝位型三电平逆变器或中点箝位型三电平变流器。

从上述的技术方案可以看出，相较于现有技术，本实用新型公开的软启动电路通过引入更多的整流桥开关来分担直流母线电压应力，从而降低了每一个整流桥开关在中点箝位型三电平逆变器软启动过程中需要单独承受的直流母线电压应力，有效避免了整流桥开关在软启动过程中过压损坏，解决了现有技术存在的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术公开的一种中点箝位型三电平逆变器拓扑结构示意图；

图2为现有技术公开的一种软启动电路结构示意图；

图3为本实用新型公开的一种软启动电路结构示意图；

图4为本实用新型公开的又一种软启动电路结构示意图；

图5为本实用新型公开的又一种软启动电路结构示意图；

图6为本实用新型公开的一种电气设备结构示意图；

图7为本实用新型公开的又一种电气设备结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

参见图3，本实用新型实施例公开了一种软启动电路，以避免软启动过程中出现整流桥开关过压损坏现象，包括：

接触器K、限流电阻R、三绕组升压变压器T、第一全桥整流电路Z1、第二全桥整流电路Z2和继电器KM，其中：

三绕组升压变压器T的原边绕组依次经过限流电阻R和接触器K接入电网；

三绕组升压变压器T的第一副边绕组连接第一全桥整流电路Z1的交流侧；

三绕组升压变压器T的第二副边绕组连接第二全桥整流电路Z2的交流侧；

第一全桥整流电路Z1的直流侧经继电器KM连接在正母线电容C_p两端；

第二全桥整流电路Z2的直流侧经继电器KM连接在负母线电容C_n两端。

图3所示软启动电路的工作原理为：在中点箝位型三电平逆变器需要进行软启动时，先闭合继电器KM，再闭合接触器K，此时电网电压经过接触器K和限流电阻R输出到三绕组升压变压器T的低压侧；第一全桥整流电路Z1和第二全桥整流电路Z2将三绕组升压变压器T高压侧输出的两路高压交流信号整流成两路直流信号，分别为C_p和C_n充电；在软启动完成后必须将继电器KM断开，否则中点箝位型三电平逆变器正常运行中，逆变桥输出的高压会施加在全桥整流电路Z上容易造成整流桥开关器件过压损坏。限流电阻R用于限制软启动电流，其阻值大小影响软启动时间及三绕组升压变压器T的容量。

图3所示软启动电路相较于图2具有如下优势：

1)相较于图2，图3所示软启动电路在中点箝位型三电平逆变器软启动过程中利用两个全桥整流电路共同承受整个直流母线电压应力，每一个全桥整流电路仅承受整个直流母线电压应力的1/2，当每一个整流桥开关都是由4个整流桥开关连接而成时，每一个整流桥开关在逆变器软启动过程中仅承受整个直流母线电压应力的1/4(如果为每一个整流桥开关再分别串联N个整流桥开关，则每一个整流桥开关在逆变器软启动过程中仅承受整个直流母线电压应力的1/(N+1)，通常设置每一个整流桥开关仅由4个整流桥开关连接而成即可，不必过量引入)，由于单个全桥整流电路所承受的直流母线电压应力大大减小，因而有效避免了软启动过程中出现整流桥开关过压损坏现象；

2)在图2所示软启动电路中，在软启动完成后逆变器正常运行过程中，逆变桥输出的高压会施加在全桥整流电路Z上，容易造成整流桥开关器件过压损坏；而图3所示软启动电路能够通过断开继电器KM来将全桥整流电路与逆变桥隔离开，故而在软启动完成后逆变器正常运行过程中，逆变桥产生的高压不会施加在两个全桥整流电路上造成整流桥开关器件过压损坏；

3)在图2所示软启动电路中，由于B相绕组与中性点O直连，因此在软启动过程中直流母线上会存在低频脉动；而图3所示软启动电路不存在这样的连接关系，因而也就避免了这一问题。

可选地，本实用新型实施例公开的软启动电路还可包括：连接在所述电网与接触器K之间的熔断器FU，如图4所示。熔断器FU用于软启动过流保护，当软启动过程中出现短路或过流故障时熔断器FU靠自身产生的热量使熔体熔化以快速切除软启动电路。

其中，根据整流桥开关器件的类型来区分，第一全桥整流电路Z1和第二全桥整流电路Z2可以是二极管全桥整流电路，也可以是IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极晶体管)全桥整流电路，但考虑到二极管全桥整流电路成本更低，因此本实施例以二极管全桥整流电路作为优选。

本实用新型实施例公开的软启动电路中各零件的规格需要与其工作电压等级(根据GB/T157-2007标准，1kV以下为低压，3-35kV为中压，35-220kV为高压)相匹配，比如说：当所述软启动电路接中压电网时，所述软启动电路用于实现高压电气设备的软启动，所述软启动电路中的接触器K为中压接触器，限流电阻R为中压电阻，熔断器FU为中压熔断器，继电器KM为高压继电器；当所述软启动电路接低压电网时，所述软启动电路用于实现中压电气设备或高压电气设备的软启动，所述软启动电路中的接触器K为低压接触器，限流电阻R为低压电阻，熔断器FU为低压熔断器，所述软启动电路应用于中压电气设备时继电器KM采用中压继电器，所述软启动电路应用于高压电气设备时继电器KM就采用高压继电器。

本实用新型实施例公开的软启动电路可以采用单相供电，也可以采用三相供电，所述软启动电路中各零件的规格需要与供电电源相匹配，比如说：图3-图4仅是以所述软启动电路采用单相供电作为示例，其中三绕组升压变压器T为单相三绕组升压变压器，第一全桥整流电路Z1和第二全桥整流电路Z2为单相全桥整流电路；当所述软启动电路采用三相供电时，三绕组升压变压器T为三相三绕组升压变压器，第一全桥整流电路Z1和第二全桥整流电路Z2为三相全桥整流电路，如图5所示。

本实用新型实施例还公开了一种电气设备，包括：逆变桥、正母线电容、负母线电容以及上述公开的任一种软启动电路，以避免软启动过程中出现整流桥开关过压损坏现象。该电气设备可以是中点箝位型三电平逆变器，也可以是中点箝位型三电平变流器。中点箝位型三电平变流器包含图1所示中点箝位型三电平逆变器拓扑结构，在正常运行前同样需要进行软启动。

此外，参见图6-图7，本实用新型实施例还公开了又一种电气设备，该电气设备包括逆变桥、正母线电容C_p、负母线电容C_n、接触器K、限流电阻R、双绕组升压变压器T和继电器KM，其中：

双绕组升压变压器T的原边绕组依次经过限流电阻R和接触器K接入电网；

当所述电网为单相电网时，双绕组升压变压器T为单相双绕组升压变压器T，其副边绕组经继电器KM连接所述逆变桥的任意两个桥臂输出端，如图6所示；

当所述电网为三相电网时，双绕组升压变压器T为三相双绕组升压变压器T，其副边绕组中的A、B、C三相绕组经继电器KM连接所述逆变桥的三个桥臂输出端，如图7所示。

相较于前述公开的电气设备，图6-图7所示电气设备直接利用逆变桥中现有的续流二极管及各续流二极管间现有的连接关系得到一个全桥整流电路，由于本实施例直接将续流二极管充当整流二极管使用，因而节约了投资成本。具体的，图6中是利用续流二极管D1-D8充当整流二极管使用，图7中是利用续流二极管D1-D12充当整流二极管使用，相较于现有技术，本实施例引入了更多的整流二极管来分担直流母线电压应力，每一个续流二极管在软启动过程中仅承受整个直流母线电压应力的1/4，因而可以有效避免整流桥开关在软启动过程中过压损坏。

图6或图7所示软启动电路的工作原理为：在需要进行软启动时，先闭合继电器KM，再闭合接触器K，此时电网电压经过接触器K和限流电阻R输出到双绕组升压变压器T的低压侧；所述全桥整流电路将双绕组升压变压器T高压侧输出的高压交流信号整流成直流信号后为C_p和C_n充电；在软启动完成后将继电器KM断开，此时各续流二极管恢复正常使用，由于软启动完成后已不存在全桥整流电路，因而也就不存在图2中逆变器正常运行时逆变桥产生的高压施加在全桥整流电路上造成整流二极管过压损坏的问题。而且，由于图6或图7不存在图2中B相绕组与中性点O直连的连接关系，因而同样不会导致软启动过程中直流母线上产生低频脉动。

本实用新型实施例公开的软启动电路中各零件的规格需要与其工作电压等级相匹配，此处不再重复赘述。

可选地，图6或图7所述电气设备还包括：连接在所述电网与所述接触器之间的熔断器。

综上所述，相较于现有技术，本实用新型公开的软启动电路通过引入更多的整流桥开关来分担直流母线电压应力，从而降低了每一个整流桥开关在中点箝位型三电平逆变器软启动过程中需要单独承受的直流母线电压应力，有效避免了整流桥开关在软启动过程中过压损坏，解决了现有技术存在的问题。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。