一种功率变换装置的制作方法

本技术涉及电力电子，尤其涉及一种功率变换装置。

背景技术：

1、机械分断器件，如继电器，是交流电路系统中常见的控制电路通断的电器元件，在电路系统发生短路故障时，由于继电器没有故障电流的分断能力，会在电路中产生很大的短路故障电流，如不及时断开交流通路，电路器件的温度会急剧升高，继而发生火灾等安全事故，因此现有技术中，常常在交流电路中串联断路器或者熔断器来对电路系统进行保护。传统的断路器发生分断动作时可能导致其周围的断路器误动作或者导致其周围的交流铜排烧毁，此外，具有大电流分断能力的断路器，其元器件体积大，成本高，分断动作的延时时间长，不能实现故障电流的快速关断。如何采用简单方便可靠的方式，实现系统故障电流的快速关断，成为了技术人员亟待解决的问题。

技术实现思路

1、本技术提供了一种功率变换装置分断电路，可以降低交流电路系统发生短路后的故障电流幅值和持续时间，实现方式简单，可靠性高。

2、第一方面，本技术提供了一种分断电路，所述分断电路包括主电路，辅助支路，所述辅助支路与所述主电路并联，所述主电路包括第一机械开关，所述辅助支路包括第二机械开关、过流分断开关和限流电路开关，所述第二机械开关、所述过流分断开关和所述限流电路开关串联组成所述辅助支路。控制单元根据所述分断电路中主电路电流或者电压的信息，对所述分断电路中的所述第一机械开关、所述第二机械开关和所述限流电路开关发出控制信号，控制所述第一机械开关、所述第二机械开关和所述限流电路开关的导通或者关闭。本分断电路可以在所述交流电路系统发生短路故障时，将短路电流的流经通路在所述主电路和所述辅助支路间切换，最终达到快速切断故障电流，实现故障机械断点隔离的目的。具体而言，当所述交流电路系统正常工作时，所述控制单元发出控制信号，所述第一机械开关处于闭合状态，所述限流电路开关处于断开状态，此时电流仅通过所述主电路流动；当所述交流电路系统发生短路故障时，所述主电路内产生大的短路电流，所述控制单元据此发出控制信号，控制所述限流电路开关、所述第二机械开关和所述第一机械开关均处于闭合状态，此时电流通过所述主电路和所述辅助支路流动，相当于所述主电路中短路电流的一部分被所述辅助支路分摊，所述主电路电流减小，接着控制单元发出控制信号，控制所述第一机械开关断开，此时短路电流全部通过所述辅助支路流动，由于所述辅助支路中电流的增大，所述过流分断开关快速断开，所述辅助支路中短路电流减小至零，最后控制单元再次发出控制信号，控制所述第二机械开关断开，实现故障机械断点隔离。在本技术中，所述分断电路的器件体积小，不需要如断路器一般单独布置，可以集成在交流设备中，实现方式简单，节约成本，此外，由于所述主电路和所述辅助支路并联的电路设计以及所述限流电路开关响应速度快，可以快速实现所述交流电路系统的故障机械断点隔离，并且可靠性高。

3、结合第一方面，在第一种可能的实现方式中，所述第一机械开关和所述第二机械开关可以是继电器、接触器，或者其他类似的机械元件，用于承载交流电路的电流，并具有满足所在系统安全规定的分断距离。所述机械元件受到所述控制单元的控制，在发生短路故障时，可以执行闭合或者断开的动作，实现交流电路的机械分断隔离。

4、结合第一方面第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，所述过流分断开关可以是具备大电流分断能力的熔断器，也可以是具有合适长度和宽度的pcb走线，用于在交流电路系统发生短路故障，所在的所述辅助支路电流突然变大时，发生熔断，继而起到快速切断短路电流的作用。

5、结合第一方面第二种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，所述限流电路开关可以是具有开关功能的半导体器件，用于控制所在的所述辅助支路的通断。

6、可选的，所述半导体器件可以为绝缘栅双极性晶体管(insulated gate bipolartransistor，可以简称为igbt)，或者金属氧化物半导体场效应晶体管(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor，可以简称为mosfet)。所述半导体器件可以由硅半导体材料si，或者第三代宽禁带半导体材料的碳化硅sic，或者氮化镓gan，或者金刚石，或者氧化锌zno，或者其它材料制成。

7、结合第一方面第三种可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，所述分断电路可以布置在逆变器的输出交流通路上，当所述逆变器的内部如逆变桥发生短路故障时，所述控制单元检测到故障发生，随后控制所述分断电路执行短路电流分断功能，完成短路故障的机械断点隔离，保证所述逆变器的安全断开。

8、结合第一方面第四种可能的实现方式，在第五种可能的实现方式中，所述分断电路可以布置在单相逆变器的两相输出交流通路上。所述单相逆变器的分断电路具体为，在所述单相逆变器中，每一相的输出交流通路上至少包括一个继电器，任选所述单相逆变器两相输出交流通路中的一个输出交流通路，在所选择的一个输出交流通路中的继电器两端并联一个所述分断电路的辅助支路。由此，形成一个分断电路，其中，所述分断电路包括分断主电路和分断辅助支路，所述分断主电路包括主继电器，所述分断辅助支路包括串联的副继电器、过流分断开关和限流电路开关，所述分断辅助支路并联在分断主电路两端。由于发生短路时，所述单相逆变器的两个输出交流通路上均有短路电流，因此所述单相逆变器的分断电路总可以执行分断动作，完成短路故障的机械隔离。

9、结合第一方面第四种可能的实现方式，在第六种可能的实现方式中，所述分断电路可以布置在采用双路交错并联方式的单相逆变器的输出交流通路上。所述双路交错并联方式，具体来说，是指所述单相逆变器包括两个输出相，其中每个输出相包括两个并联的输出交流通路。所述单相逆变器的分断电路具体为，在所述单相逆变器的同一相的两个并联的输出交流通路中，任一输出交流通路上至少包括一个继电器，在所述同一相的两个并联的输出交流通路的两个继电器两端分别并联一个所述分断电路的辅助支路。由此，形成两个分断电路，但与第一方面第五种可能的实现方式不同的是，所述两个分断电路的辅助支路的过流分断开关和限流电路开关是共用的。也就是说，所述两个分断电路包括第一分断电路和第二分断电路，其中，第一分断电路包括第一分断主电路和第一分断辅助支路，第一分断主电路包括第一主继电器，第一分断辅助支路包括串联的第一副继电器、第一过流分断开关和第一限流电路开关，第一分断辅助支路并联在第一分断主电路两端；第二分断电路包括第二分断主电路和第二分断辅助支路，第二分断主电路包括第二主继电器，第二分断辅助支路包括串联的第二副继电器、第一过流分断开关和第一限流电路开关，第二分断辅助支路并联在第二分断主电路两端。当短路故障发生时，所述单相逆变器的布置有所述分断电路的同一相的两个输出交流通路中至少有一个输出交流通路上产生短路电流，因此产生短路电流的输出交流通路上的所述分断电路会执行分断动作，完成该输出交流通路的短路故障机械分断隔离。

10、结合第一方面第四种可能的实现方式，在第七种可能的实现方式中，所述分断电路可以布置在三相逆变器的三相输出交流通路上。所述三相逆变器的分断电路具体为，在所述三相逆变器中，每一相的输出交流通路上至少包括一个继电器，任选所述三相逆变器三相输出交流通路其中的两个输出交流通路，在所选择的两个输出交流通路中的继电器两端分别并联一个所述分断电路的辅助支路。由此，形成两个分断电路，所述两个分断电路包括第三分断电路和第四分断电路，其中，第三分断电路包括第三分断主电路和第三分断辅助支路，第三分断主电路包括第三主继电器，第三分断辅助支路包括串联的第三副继电器、第三过流分断开关和第三限流电路开关，第三分断辅助支路并联在第三分断主电路两端；第四分断电路包括第四分断主电路和第四分断辅助支路，第四分断主电路包括第四主继电器，第四分断辅助支路包括串联的第四副继电器、第四过流分断开关和第四限流电路开关，第四分断辅助支路并联在第四分断主电路两端。由于发生短路时，所述三相逆变器的三相输出交流通路中至少有两个输出交流通路上会有短路电流，因此所述三相逆变器的第三分断电路和第四分断电路中总有一个分断电路可以执行分断动作，完成短路故障的机械分断隔离。

11、结合第一方面第七种可能的实现方式，在第八种可能的实现方式中，所述第三分断辅助支路中的所述第三副继电器和所述第四分断辅助支路中的所述第四副继电器可以共用一个线圈，起到节省成本，减小所述分断电路体积的作用。

12、第二方面，本技术提供了一种分断电路的控制方法，在第一种可能的实现方式中，所述控制方法应用于上述第一方面第一种可能的实现方式至第一方面第八种可能的实现方式，所述控制方法包括：

13、获取所述分断电路主电路中的电流大小；当所述电流小于第一预设值时，即交流电路系统处于正常工作状态时，控制所述第一机械开关闭合，控制所述第二机械开关闭合，控制所述限流电路开关断开，此时正常电流仅流经所述主电路；当所述电流等于或者大于第一预设值时，即交流电路系统处于短路故障状态时，控制所述限流电路开关闭合，此时由于所述辅助支路形成通路，流经所述主电路的故障电流的一部分从所述辅助支路流过，因此流经所述主电路的故障电流的幅值减小，再控制所述第一机械开关断开，此时所述主电路形成开路，故障电流全部流经所述辅助支路，因此流经所述辅助支路的故障电流幅值增大，所述过流分断开关发生过流熔断，故障电流被切断，再控制所述第二机械开关断开，此后所述主电路和所述辅助支路均已机械断开，由此完成故障机械断点隔离。在本技术中，由于所述限流电路开关的响应时间很短，所述分断电路可以使所述主电路上的故障电流幅值迅速降低，并且由于所述第一机械开关和所述第二机械开关均在较小电流与电压下执行关断动作，所述分断电路也可以快速灭弧，此外，由于所述第一机械开关和所述第二机械开关在执行完故障处理动作后均处于断开状态，所述分断电路实现了故障机械断点隔离。实施本技术，可以快速安全地实现故障机械断开。

14、在第二方面第二种可能的实现方式中，所述控制方法应用于上述第一方面第一种可能的实现方式至第一方面第八种可能的实现方式，所述控制方法包括：

15、获取所述分断电路主电路中的电流大小；当所述电流小于第一预设值时，即交流电路系统处于正常工作状态时，控制所述第一机械开关闭合，控制所述第二机械开关断开，控制所述限流电路开关断开，此时正常电流仅流经所述主电路；当所述电流等于或者大于第一预设值时，即交流电路系统处于短路故障状态时，控制所述第二机械开关闭合，再控制所述限流电路开关闭合，此时由于所述辅助支路形成通路，流经所述主电路的故障电流的一部分从所述辅助支路流过，因此流经所述主电路的故障电流的幅值减小，再控制所述第一机械开关断开，此时所述主电路形成开路，故障电流全部流经所述辅助支路，因此流经所述辅助支路的故障电流幅值增大，所述过流分断开关发生过流熔断，故障电流被切断，再控制所述第二机械开关断开，此后所述主电路和所述辅助支路均已机械断开，由此完成故障机械断点隔离。在本技术，与第二方面第一种可能的实现方式类似，所述分断电路可以降低所述主电路上的故障电流幅值，快速安全地实现故障机械断开。

16、结合第二方面第一种可能的实现方式或者第二方面第二种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，本技术提供了一种所述主电路的继电器过零关断方法，所述继电器过零关断方法的具体实现方式为：获取所述分断电路输出端或者输入端的电流波形；当所述电流波形为正常工作电流波形时，控制所述主电路的继电器闭合；当发生短路故障时，所述电流波形为短路故障电流波形，所述短路故障电流的周期与所述正常工作电流的周期相同，根据所述短路故障电流的周期和所述主电路继电器断开的机械延迟时间，控制单元提前发送控制信号，控制所述主电路继电器断开，实现所述主电路继电器在所述电流到达零点的时刻附近断开。由于所述主电路继电器在电流零点附近断开，所述辅助支路中的所述过流分断开关会以较小的电流熔断，从而提升了交流电路系统的安全性。