一种变频器级联式功率单元旁路系统的制作方法

本发明涉及变频器，更具体地说，它涉及一种变频器级联式功率单元旁路系统。

背景技术：

1、随着变频器在工业市场上的应用日趋增多，其功率单元的可靠性越来越被重视。高压变频器功率单元大多采用级联式结构，该结构便于维护人员对故障单元进行更换，缩短了维修时间。对功率单元的更换需要系统停机才能完成，在某些关键性的运行场景中，用户希望能够在发生单元故障时也尽可能完成本次运行，之后再进行停机更换。

2、为此，现有技术中记载有采用继电器进行旁路的装置加入到功率单元中，当单元发生故障后，继电器对该功率单元进行旁路，确保变频器继续运行。然而，该类装置有以下几点缺陷：1、大容量继电器动作通常有数十毫秒延迟，在时间要求严苛的场合，对于一类单元轻故障故障没有必要采取此种机械旁路方式，如过温，过压；2、该类装置内嵌入单元控制板中，若单元控制板故障则旁路失效；3、该类装置只含一个继电器开关，无法实现互锁结构，若自身工作异常时会损坏功率单元。

3、因此，如何研究设计一种能够克服上述缺陷的变频器级联式功率单元旁路系统是我们目前急需解决的问题。

技术实现思路

1、为解决现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种变频器级联式功率单元旁路系统，采用电子旁路与机械旁路并行结合的方式，对于功率单元轻故障类型采用反应迅速的电子旁路，对于驱动故障等重故障的功率单元，在电子旁路基础上，将通过旁路板与继电器对故障单元进行旁路，实现快速瞬停，能够在机械旁路完成后无浪涌的再次启动变频运行。

2、本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种变频器级联式功率单元旁路系统，包括主控板、功率单元、移相变压器、单元控制板和机械旁路模块，机械旁路模块与单元控制板并联连接；

3、所述移相变压器，用于向功率单元、单元控制板和机械旁路模块供电；

4、所述单元控制板，用于接受主控板发送的pwm串行调制信号，并生成驱动功率单元的pwm波；

5、所述主控板，用于依据功率单元上传的单元故障信息判断故障类型，故障类型分为轻故障和重故障；

6、其中，若故障类型为轻故障，则主控板启动第一旁路模式后控制单元控制板，以使功率单元自身进行短路后实现电子旁路；

7、以及，若故障类型为重故障，则主控板启动第二旁路模式后控制机械旁路模块和单元控制板，以使功率单元机械旁路完成后无浪涌的再次启动变频运行。

8、进一步的，所述机械旁路模块包括储能板、旁路板、s1继电器和s2继电器；

9、所述储能板的输入端与移相变压器的输出端连接，储能板的输出端与旁路板的输入端连接；

10、所述旁路板的输出端分别通过s1继电器、s2继电器与功率单元的输入端连接。

11、进一步的，所述s1继电器为常闭接触器，s2继电器为常开接触器；

12、所述s1继电器的常闭辅助触点和s2继电器的常开辅助触点串联后，两端分别连接功率单元的两输入端；

13、所述s1继电器的常开辅助触点串联接入s2继电器的信号控制回路。

14、进一步的，所述储能板输出一路交流电以及一路经电容储能的直流电给旁路板，以分别实现s1继电器和s2继电器的信号控制回路供电。

15、进一步的，述主控板启动第一旁路模式后控制单元控制板的过程具体为：

16、根据故障单元编号计算电子旁路的级数；

17、根据电子旁路的级数计算调制电压最大值，并计算出当前调制电压标幺值；

18、按照级联式变频器载波移相调制理论，并根据电子旁路的级数计算出剩余级数的载波移相角；

19、根据当前调制电压标幺值和当前vf角度计算出三相调制电压；

20、根据三相调制电压和剩余级数的载波移相角进行载波移相调制，同时对故障单元按调制电压0v进行调制，实现电子旁路；

21、将生成的调制信号送至单元控制板，由单元控制板发送pwm波。

22、进一步的，所述当前调制电压标幺值的计算公式具体为：

23、

24、其中，amprefpu表示当前调制电压标幺值；ampref表示调制电压，可查vf曲线得到；umax表示调制电压最大值，当采用三次谐波注入算法时，单元输出相电压最大值为母线电压的1.1547倍；sall表示总级数；bypasslev表示电子旁路的级数。

25、进一步的，所述剩余级数的载波移相角的计算公式具体为：

26、

27、其中，eachdelay表示剩余级数的载波移相角；p1表示载波发生计数器计数频率；p0表示单元载波频率；sall表示总级数；bypasslev表示电子旁路的级数。

28、进一步的，所述三相调制电压的计算公式具体为：

29、amprefapu＝cos(theta)

30、amprefbpu＝cos(theta+120°)

31、amprefcpu＝cos(theta+240°)

32、其中，amprefapu表示a相的调制电压；amprefbpu表示b相的调制电压；amprefcpu表示c相的调制电压；theta表示当前vf角度。

33、进一步的，所述主控板启动第二旁路模式后控制机械旁路模块和单元控制板的过程具体为：

34、关闭pwm输出信号，等待当前相电流降为0安培；

35、主控板通过光纤下发机械旁路控制命令到对应故障单元的旁路板，旁路板将s1继电器断开；同时轮询读取s1继电器的辅助触点状态，确保s1继电器完全断开后，将s2继电器闭合；

36、主控板通过电机输出端的pt采集线电压，持续对三相电压进行pll锁相，搜索当前电机残压频率以及残压值，查询vf曲线获取对应残压频率的调制电压标幺值；

37、开启pwm，按照第一旁路模式执行，恒频升压至残压频率的调制电压标幺值，完成重故障旁路动作。

38、进一步的，所述机械旁路模块之间采用光线进行级联。

39、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

40、1、本发明提供的一种变频器级联式功率单元旁路系统，采用电子旁路与机械旁路并行结合的方式，对于功率单元轻故障类型采用反应迅速的电子旁路，对于驱动故障等重故障的功率单元，在电子旁路基础上，将通过旁路板与继电器对故障单元进行旁路，实现快速瞬停，能够在机械旁路完成后无浪涌的再次启动变频运行；

41、2、本发明通过s1继电器和s2继电器实现机械旁路的内部互锁，能够有效保障旁路的可靠执行，避免因旁路自身故障造成功率单元与旁路继电器形成回路，进一步造成功率单元的损坏；

42、3、本发明中的储能板输出一路交流电以及一路经电容储能的直流电给旁路板，双路供电保证继电器动作时所需要的瞬态电流；当系统失电后，储能板的储能电容能够维持开关继电器近一分钟的旁路动作，避免在失电瞬间的误触发，损坏功率器件。

技术特征：

1.一种变频器级联式功率单元旁路系统，其特征是，包括主控板、功率单元、移相变压器、单元控制板和机械旁路模块，机械旁路模块与单元控制板并联连接；

2.根据权利要求1所述的一种变频器级联式功率单元旁路系统，其特征是，所述机械旁路模块包括储能板、旁路板、s1继电器和s2继电器；

3.根据权利要求2所述的一种变频器级联式功率单元旁路系统，其特征是，所述s1继电器为常闭接触器，s2继电器为常开接触器；

4.根据权利要求3所述的一种变频器级联式功率单元旁路系统，其特征是，所述储能板输出一路交流电以及一路经电容储能的直流电给旁路板，以分别实现s1继电器和s2继电器的信号控制回路供电。

5.根据权利要求1所述的一种变频器级联式功率单元旁路系统，其特征是，所述主控板启动第一旁路模式后控制单元控制板的过程具体为：

6.根据权利要求5所述的一种变频器级联式功率单元旁路系统，其特征是，所述当前调制电压标幺值的计算公式具体为：

7.根据权利要求5所述的一种变频器级联式功率单元旁路系统，其特征是，所述剩余级数的载波移相角的计算公式具体为：

8.根据权利要求5所述的一种变频器级联式功率单元旁路系统，其特征是，所述三相调制电压的计算公式具体为：

9.根据权利要求3所述的一种变频器级联式功率单元旁路系统，其特征是，所述主控板启动第二旁路模式后控制机械旁路模块和单元控制板的过程具体为：

10.根据权利要求1所述的一种变频器级联式功率单元旁路系统，其特征是，所述机械旁路模块之间采用光线进行级联。

技术总结
本发明公开了一种变频器级联式功率单元旁路系统，涉及变频器技术领域，其技术方案要点是：包括主控板、功率单元、移相变压器、单元控制板和机械旁路模块，机械旁路模块与单元控制板并联连接；移相变压器，用于向功率单元、单元控制板和机械旁路模块供电；单元控制板，用于接受主控板发送的pwm串行调制信号，并生成驱动功率单元的pwm波；主控板，用于依据功率单元上传的单元故障信息判断故障类型，故障类型分为轻故障和重故障。本发明采用电子旁路与机械旁路并行结合的方式，对于驱动故障等重故障的功率单元，在电子旁路基础上，将通过旁路板与继电器对故障单元进行旁路，实现快速瞬停，能够在机械旁路完成后无浪涌的再次启动变频运行。

技术研发人员：陈雨青,彭伟,赖成毅,林云松,饶飞扬,李梁艳,李佳沛,汤济泽
受保护的技术使用者：东方日立（成都）电控设备有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/25