基于机械式接触器的双路供电的高压变频器单元旁路装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种以接触器为核心器件采用双路供电的用于高压变频器的高可靠性单元旁路装置。
【背景技术】
[0002]我国能源生产和能源消费已列世界前茅，但是仍满足不了工业生产和人民生活发展的需要，所以在能源非常紧张的今天，如何节约能源变得非常重要。而我国工业用高压大功率交流电机目前大部分采用直接恒速拖动，能源浪费巨大。如采用变频调速技术运行，节能效果非常的明显。因此，高压大容量交流电机变频调速节能系统的研发及应用，对我国工业降低单产能耗具有重大意义。
[0003]200KW的大中功率的传动设备占市场的70 %以上，国内电压等级为6KV和10KV，由于受功率器件的耐压水平和载流能力的限制，此电压等级的高压变频器多采用多电平变换及相关技术，其中单相Η桥级联多电平逆变器由于控制相对简单，不用考虑中点电压平衡问题，易于实现多电平，改善输出电压谐波，方便模块化设计等优点，在工业上获得不错的应用效果。
[0004]Η桥级联多电平逆变器采用多组低电压小功率IGBT构成的功率单元串联形成高压输出，由于采用的是功率单元串联，因此不存在元件之间的动态和静态均压问题，并且功率单元是模块化的结构，便于更换和维护。各功率单元由一个多绕组的隔离变压器供电，并以高速微处理器和光纤实现控制和通讯。
[0005]由于采用多个功率单元串联构成高压输出的方式，功率单元的故障率是最高的。有效的保护功率单元稳定可靠的运行是非常必要的，单元旁路技术由此应运而生。现有高压变频器单元旁路方式主要有两种:一、采用可控硅等电力电子器件作为旁路开关;二、采用接触器作为旁路开关;相比于可控硅作为旁路元件，接触器式单元旁路由于抗干扰能力强、可靠性高，有明显隔离开断点等优势，受到了更多认可。
[0006]常用的晶闸管电子器件式旁路，在功率单元Η桥逆变回路工作时，经常由于高频率、高变化率dv/dt的脉冲电压导致晶闸管误导通，这对带负荷运行的高压变频器是非常危险的，需要额外加装RC吸收等抗干扰电路;而使用机械式接触器不存在这类干扰问题，可以有效开通、关断。
[0007]采用电子式晶闸管的单元旁路方案，需要额外考虑晶闸管的散热及配用整流二极管，而且导通电流越大，散热量及器件尺寸越大越难以实现;而采用机械式接触器单元旁路方案只需考虑使用更大的接触器即可，可以与功率单元分离安装，结构形式简单，易于实现。
[0008]采用电子式晶闸管的单元旁路方案是在功率单元输出侧增加一个常开点，故障时切换为常闭点，这种拓扑存在一定风险，例如功率单元逆变部分IGBT部分坏损，且无法完全关断时，晶闸管动作机会引起单元直流母线直通，引起更恶劣的联锁损坏;而采用机械式接触器，尤其是转换式(即一常开点，一常闭点)接触器时的拓扑是可以从物理上完全将故障功率单元切除的，相比而言，具有更高可靠性。
[0009]由于单元旁路系统是确保高压变频器可靠性的装置，因此单元旁路系统的可靠性要高于变频器整体水平。关于旁路系统的可靠性设计需要被特殊关注。如果供电电路采用双路冗余供电方式，当其中一路故障时，立即可以切换备用的另一路，不影响旁路系统使用。
【发明内容】
[0010]本发明的目的是提供一种基于机械式接触器的双路供电的高压变频器单元旁路装置，具体实现方式是采用了双路供电冗余设计方式，并采用了一路转换型接触器，保证了单元旁路装置的可靠性，确保功率单元旁路系统稳定可靠。
[0011 ]为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现:
[0012]基于机械式接触器的双路供电的高压变频器单元旁路装置，其特征在于，包括双路供电电源板、旁路驱动板、控制机、一路转换型接触器，所述的双路供电电源板为旁路驱动板提供电源，旁路驱动板通过光纤与控制机进行通讯，旁路驱动板根据控制机指令，驱动对应的接触器控制线圈，控制接触器的开断;所述的接触器串联在高压变频器功率单元输出端，当功率单元发生故障时，可有效快速将故障功率单元从物理连接中切除;接触器包含一常开一常闭两个触点，接触器的控制线圈并联有续流二极管。
[0013]所述的双路供电电源板由两路互相独立的供电电路组成，具体包括变压器、整流电路、电容滤波电路及稳压电路，两路输出通过二极管模块作为切换开关，实现双路供电冗余结构，当使用的主供电电路故障时，瞬间切换至备用电路，保证旁路装置安全稳定运行。
[0014]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
[0015]根据本发明的技术方案，由于采用了双路供电电路的冗余设计，并采用了一路转换型接触器，具有更高的可靠性，提高了高压变频器整机运行稳定性。
【附图说明】
[0016]图1是本发明的系统结构图。
[0017]图2是双路供电电源原理图。
[0018]图3是接触器旁路功率单元拓扑。
[0019]图4是旁路用接触器原理图。
[0020]图5是多电平级联式高压变频器原理示意图。
[0021]图6是多电平级联式高压变频器输出波形。
[0022]图7是标准功率单元拓扑。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图对本发明的具体技术方案进行进一步详细描述。
[0024]见图1，本发明基于机械式接触器的高压变频器单元旁路装置，包括双路供电电源板、旁路驱动板、控制机、一路转换型接触器，所述的双路供电电源板为旁路驱动板提供电源，旁路驱动板通过光纤与控制机进行通讯，旁路驱动板根据控制机指令，驱动对应的接触器控制线圈，控制接触器的开断;并持续检测所有接触器工作状态，设置有故障报警电路，能有效检测旁路驱动板、直流接触器、以及通讯回路是否存在故障。旁路驱动板通过光纤与控制机进行通讯，通讯速率高达10Mb/S。
[0025]见图2，双路供电电源板由两路互相独立的供电电路组成，具体包括变压器(T1、T2)、由二极管构成的整流桥电路接于变压器输出端，电容滤波电路与二极管整流桥电路并联连接，在电容滤波电路的输出端设有二极管稳压电路，两路输出端相并联连接，通过二极管作为切换开关，实现双路供电冗余结构。当使用的主供电电路故障时，瞬间切换至备用电路，保证旁路装置安全稳定运行。
[0026]图3是接触器旁路功率单元拓扑图，由旁路接触器构成的Η桥功率单元包括熔断器(参考图1)、整流模块、直流滤波电容、IGBT构成的Η桥电路、放电电路、功率单元控制电路；
[0027]所述熔断器在功率单元三相输入端，当功率单元内部器件发生故障时，可以有效熔断，保证变压器二次侧绕组的安全。
[0028]所述整流模块是两个二极管串联在一起，并且由三个整流模块构成三相不可控整流电路，将输入交流整流成脉动直流。
[0029]所述直流滤波电容连接在整流电路之后，用于吸收整流后直流电压的脉动成分，使其变得平滑。
[0030]所述IGBT构成的Η桥电路，是由四只或其倍数的IGBT构成的Η桥逆变