專利名稱：高壓變頻器功率單元的旁路裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
高壓變頻器功率單元的旁路裝置技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實用新型涉及電力電子與控制技術(shù)，尤其涉及一種高壓變頻器功率單元的旁路裝置，能夠提高高壓變頻器在功率單元故障時的持續(xù)運行能力。
背景技術(shù)：
[0002]在高壓變頻器領(lǐng)域，自Peter W.Hammond在1995年提出單元串聯(lián)高壓變頻器以來，這種通過低壓電力變換技術(shù)實現(xiàn)高壓電力變換的方法由于其輸出電壓波型好、輸入諧波電流低、成本低、維護方便，已經(jīng)成為高壓變頻器的主流技術(shù)，國內(nèi)外許多廠家都已經(jīng)推出了基于這項技術(shù)的產(chǎn)品。由于在節(jié)能降耗、改善生產(chǎn)工藝性以及提高設備工作壽命等方面效果顯著，應用日益普遍。[0003]圖1A所描述的就是這類高壓變頻器的典型方案，其每相由3個功率單元串聯(lián)而成。圖1A所示的高壓變頻器包括變壓器1、九個相同的功率單元(如2AU)和主控制器4。變壓器I包括I個原邊繞組11和9個相位不同的三相副邊繞組(如12AU)，原邊繞組11與高壓三相電網(wǎng)6連接；9個功率單元(如2AU)按照輸出分成U、V、W三相，每相的三個功率單元(如2AU、2BU、2CU)的輸出依次串聯(lián)分別作為三相(如U相)，三相的一端au+、av+、aw+連接在一起作為三相輸出的中性點0，另外一端cu-、CN-、CW-分別作為高壓變頻器的U、V、W輸出，用于驅(qū)動高壓電機5。主控制器4通過光纖分別與各功率單元(如2AU)連接，向各功率單元(如2AU)提供驅(qū)動信號，并接收各功率單元(如2AU)的運行信息。[0004]高壓變頻器多用于工業(yè)大型電機調(diào)速，對運行穩(wěn)定性要求很高。在上述功率單元串聯(lián)的架構(gòu)下，每臺高壓變頻器中都包括很多的功率單元，功率單元發(fā)生故障在所難免，如何在功率單元出現(xiàn)故障的情況下保證高壓變頻器繼續(xù)運行就成為保證高壓變頻器運行穩(wěn)定性的技術(shù)關(guān)鍵。[0005]為保證功率單元發(fā)生故障時高壓變頻器繼續(xù)運行，通行的做法是對功率單元進行旁路控制。如果某一功率單元(如2AU)出現(xiàn)故障，則由主控制器4向功率單元(如2AU)發(fā)出旁路命令，使該功率單元(如2AU)進入旁路工作模式，保證高壓變頻器繼續(xù)運行。為了維持三相輸出電壓的平衡，可以利用中性點偏移技術(shù)同時調(diào)整三相輸出電壓，也可以同時將另外兩相中的對應功率單元(如2AV和2AW)旁路，但無論哪種方式，都離不開功率單元的可靠旁路。[0006]目前實現(xiàn)功率單元旁路的普遍做法是在功率單元中內(nèi)置單元旁路電路，其功率單元的原理示意圖如圖1B所示。功率單元除包括熔斷器21、整流電路22、直流濾波電路23、逆變電路24和功率單元控制電路26以外，還包括單元旁路電路25 ;在功率單元控制電路26控制下，使單元旁路電路25中的可控硅255觸發(fā)導通，即可將功率單元2的輸出短路，從而實現(xiàn)功率單元2的旁路控制。[0007]采用上述功率單元旁路方式，結(jié)構(gòu)比較緊湊，因而獲得了廣泛應用，但是其缺點也很突出。首先，可控硅的觸發(fā)電流來自功率單元內(nèi)部，當功率單元故障時，功率單元往往隨之失電，可控硅無法觸發(fā)導通，導致功率單元旁路失敗；即使旁路成功，旁路整流電路和可控硅會持續(xù)通過負載電流，損耗功率很大，很容易過溫損壞，難以保證高壓變頻器的長時間運行；第三，具有旁路功能的功率單元與普通功率單元的設計難以保持一致，不利于高壓變頻器生產(chǎn)。實用新型內(nèi)容[0008]有鑒于此，本實用新型的目的在于提供一種高壓變頻器功率單元的旁路裝置，可以提高功率單元的旁路可靠性，能夠保證高壓變頻器在功率單元旁路狀態(tài)下長時間運行；功率單元的旁路裝置與功率單元本身相對獨立，可以避免功率單元的結(jié)構(gòu)不同給生產(chǎn)帶來的不便。[0009]為達到上述目的，本實用新型的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的:[0010]一種高壓變頻器功率單元的旁路裝置，主要包括接觸器和控制變壓器，其中:[0011]所述接觸器包括一個常開主觸點和一個常閉主觸點；所述兩個主觸點的一端直接連接，另一端分別連接所述功率單元的兩個輸出端；所述兩個主觸點的直接連接端和功率單元連接所述接觸器常閉主觸點的輸出端，分別作為旁路裝置的輸出端；通過變壓器的副邊繞組為接觸器控制線圈供電。[0012]其中:所述接觸器的控制線圈連接功率單元控制電路。[0013]所述接觸器還具有輔助觸點，所述接觸器的輔助觸點連接功率單元控制電路。[0014]較佳地，還包括繼電器，所述繼電器具有常開觸點，該常開觸點與所述接觸器的控制線圈、控制變壓器的副邊繞組構(gòu)成串聯(lián)回路；繼電器的控制線圈連接功率單元控制電路。[0015]較佳地，還包括電阻器，所述繼電器具有常閉觸點，該常閉觸點與電阻器并聯(lián)后，再串聯(lián)入接觸器的控制線圈、控制變壓器的副邊繞組、繼電器的常開觸點構(gòu)成的串聯(lián)回路中。[0016]所述控制變壓器為單相變壓器，其原邊繞組連接功率單元的熔斷器與整流電路之間三個連接點中的兩個。[0017]同輸出相的功率單元旁路裝置的輸出端依次串聯(lián)，形成旁路裝置鏈，各相功率單元旁路裝置鏈的一個對應端連接在一起作為高壓變頻器輸出的中性點，另一對應端分別作為高壓變頻器的高壓輸出端。[0018]本實用新型提供的高壓變頻器功率單元的旁路裝置，具有以下優(yōu)點:[0019]I)采用本實用新型，當功率單元出現(xiàn)內(nèi)部故障導致其內(nèi)部失電時，接觸器的控制線圈失電，使旁路裝置進入旁路狀態(tài)，因而能夠避免功率單元旁路電路的功率單元失電時無法旁路的現(xiàn)象，提高了功率單元旁路功能的可靠性。[0020]2)該功率單元的旁路裝置，采用接觸器主觸點實現(xiàn)旁路，導通損耗很小，能夠在功率單元旁路狀態(tài)下保證高壓變頻器的長時間運行。[0021]3)該功率單元的旁路裝置與功率單元本身相對獨立,其功率單元與普通不帶旁路功能的功率單元相同，當需要時，只要為高壓變頻器的功率單元加裝旁路裝置，即可使高壓變頻器具有功率單元旁路功能，從而避免的功率單元的差異化設計，便于功率單元的生產(chǎn)。


[0022]圖1A為現(xiàn)有功率單元串聯(lián)高壓變頻器的主電路示意圖；[0023]圖1B為圖1A高壓變頻器功率單元的原理示意圖；[0024]圖2A為本實用新型帶有功率單元旁路裝置的高壓變頻器主電路示意圖；[0025]圖2B為圖2A高壓變頻器的功率單元旁路裝置的原理示意圖；[0026]圖3A為圖2A高壓變頻器的功率單元旁路裝置的另一實施例；[0027]圖3B為圖3A功率單元旁路裝置的一種變化形式。[0028]主要部件符號說明[0029]1:變壓器[0030]11:原邊繞組[0031]12AU、12AV、12AW、12BU、12BV、12BW、12CU、12CV、12CW:副邊繞組[0032]2、2AU、2AV、2AW ;2BU、2BV、2BW ;2CU、2CV、2CW:功率單元[0033]21:熔斷器[0034]22:整流電路[0035]23:直流濾波電路[0036]24:逆變電路[0037]25:單元旁路電路[0038]25 f254:旁路整流電路[0039]255:可控硅[0040]26:功率單元控制電路[0041]3、3AU、3AV、3AW ;3BU、3BV、3BW ;3CU、3CV、3CW:功率單元旁路裝置[0042]31:接觸器[0043]32:控制變壓器[0044]33:繼電器[0045]34:電阻器[0046]4:主控制器[0047]5:高壓電機[0048]6:三相高壓電網(wǎng)。
具體實施方式
[0049]
以下結(jié)合附圖及本實用新型的實施例對高壓變頻器功率單元的旁路裝置作進一步詳細的說明。首先以圖2A和圖2B為例對本實用新型的高壓變頻器功率單元旁路裝置進行說明。其中圖2A為采用本實用新型功率單元旁路裝置后高壓變頻器的主電路接線圖，圖2B為其中的功率單元及其本實用新型功率單元旁路裝置的電路示意圖。[0051]在圖2A中，高壓變頻器包括變壓器1、9個功率單元(如2AU)、9個功率單元旁路裝置(如3AU)、以及主控制器4 ;每個功率單元(如2AU)連接一個功率單元旁路裝置(如3AU)。[0052]在圖2B中，功率單元2包括熔斷器21，整流電路22，直流濾波電路23，逆變電路24和功率單元控制電路26，與圖1B對照，可以看出功率單元內(nèi)部已經(jīng)不包括單元旁路電路25。[0053]在圖2B中，功率單元旁路裝置3包括接觸器31和控制變壓器32。其中接觸器31包括一個常開主觸點和一個常閉主觸點；常開主觸點和常閉主觸點的右端直接連接，常開主觸點、常閉主觸點的左端分別連接功率單元2的兩個輸出端；功率單元旁路裝置的輸出端“++”就是接觸器兩個主觸點的共同連接端，而輸出端實際上就是與接觸器常閉主觸點連接的功率單元2的輸出端。當接觸器31的控制線圈KM得電時，常開主觸點閉合，常閉主觸點斷開，功率單元2可通過對應的功率單元旁路裝置3正常輸出；而當接觸器31的控制線圈KM失電時，常開主觸點斷開，常閉主觸點閉合，功率單元旁路裝置3的輸出端“++”、之間短路，功率單元的輸出被旁路。同輸出相的功率單元旁路裝置的輸出依次串聯(lián)，形成旁路裝置鏈，各相功率單元旁路裝置鏈的一個對應端連接在一起作為高壓變頻器輸出的中性點，另一對應端分別作為高壓變頻器的高壓輸出端。[0054]由圖2A可以看出，同輸出相的功率單元旁路裝置(如3AU、3BU、3⑶)的輸出端依次串聯(lián)，例如功率單元旁路裝置3AU的輸出端3au-連接3BU的輸出端3bu++，3BU的輸出端3bu-連接3⑶的輸出端3cu++，9個功率單元旁路裝置一共可以形成3個功率單元旁路裝置鏈；3個功率單元旁路裝置鏈的一個對應端3au++、3av++、3aw++連接在一起，作為高壓變頻器的三相輸出的中性點，而另一個對應端3cu-、3cv-、3cw-則分別作為高壓變頻器的高壓輸出端U、V、W。[0055]在圖2B中，功率單元旁路裝置3中的控制變壓器32的副邊繞組為接觸器31的控制線圈KM提供電力。[0056]在圖2B中，接觸器31的控制線圈KM連接對應的功率單元控制電路26，由功率單元控制電路26控制接觸器31的控制線圈KM是否得電，即可控制功率單元的旁路動作。[0057]鑒于功率單元的旁路對于高壓變頻器運行的重要性，往往需要判斷功率單元是否旁路成功。為此，在圖2B中的接觸器31還具有一個輔助觸點，該輔助觸點連接功率單元控制電路26，可以通過功率單元控制電路26向高壓變頻器的主控制器4反饋該功率單元是否旁路成功。[0058]為了簡化功率單元控制電路26，功率單元旁路裝置3中還可以包括繼電器33，如圖3A所示。繼電器33具有常開觸點，該常開觸點與接觸器31的控制線圈KM、控制變壓器32的副邊繞組串聯(lián)構(gòu)成閉合回路；繼電器33的控制線圈J連接功率單元控制電路26，由功率單元控制電路26對功率單元旁路裝置進行控制。當繼電器33的控制線圈J得電時，其常開觸點閉合，變壓器32的副邊繞組對接觸器31的控制線圈KM勵磁，接觸器31的常開主觸點閉合，常閉主觸點斷開功率單元2通過對應的旁路裝置3正常輸出；當繼電器33的控制線圈J失電時，功率單元旁路裝置3旁路生效。[0059]在高壓變頻器正常運行時，接觸器31的控制線圈KM處于長時間得電狀態(tài)，容易造成控制線圈發(fā)熱甚至損壞。為避免這種情況，圖3B給出了圖3A所示的功率單元旁路裝置的另一種實施方式。[0060]在圖3B中，功率單元旁路裝置3還包括電阻器34，用于在接觸器31得電后對其控制線圈KM進行限流。這時要求繼電器33還具有常閉觸點，并且該常閉觸點與電阻器34并聯(lián)后，與控制變壓器32的副邊繞組、接觸器31的控制線圈KM、繼電器33的常開觸點一起形成串聯(lián)回路。當繼電器33的控制線圈得電后，其常開觸點閉合，常閉觸點斷開，接觸器31的控制線圈KM得電，電阻器34隨即通過電流，可以降低通過接觸器31的控制線圈KM的電流，防止接觸器31的控制線圈KM過熱，從而延長接觸器31的工作壽命。[0061]從圖2B、圖3A、圖3B還可以看出，功率單元旁路裝置3中的控制變壓器32為單相變壓器；在功率單元熔斷器21與整流電路22之間共有3個連接點，控制變壓器32的原邊繞組連接到其中的兩個。于是，當功率單元2出現(xiàn)內(nèi)部故障導致功率單元內(nèi)部失電時，接觸器31的控制線圈失電，使旁路裝置進入旁路狀態(tài)，從而避免了出現(xiàn)圖1B所描述的功率單元旁路電路當功率單元失電時無法旁路的現(xiàn)象，提高了功率單元旁路功能的可靠性。[0062]本實用新型提供的功率單元旁路裝置采用接觸器主觸點實現(xiàn)旁路，導通損耗很小，能夠在功率單元旁路狀態(tài)下保證高壓變頻器長時間運行。[0063]本實用新型提供的功率單元旁路裝置與功率單元本身相對獨立，從圖2B可以看出，其中的功率單元2與普通不帶旁路功能的功率單元相同，當需要時，只要為高壓變頻器的功率單元加裝旁路裝置，即可使高壓變頻器具有功率單元旁路功能，從而避免的功率單元的差異化設計，便于功率單元的生產(chǎn)。[0064]以上所述，僅為本實用新型較佳實施例而已，并非用于限定本實用新型的保護范圍。
權(quán)利要求1.一種高壓變頻器功率單元的旁路裝置，其特征在于，主要包括接觸器和控制變壓器，其中: 所述接觸器包括一個常開主觸點和一個常閉主觸點；所述兩個主觸點的一端直接連接，另一端分別連接所述功率單元的兩個輸出端；所述兩個主觸點的直接連接端和功率單元連接所述接觸器常閉主觸點的輸出端，分別作為旁路裝置的輸出端；通過變壓器的副邊繞組為接觸器控制線圈供電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述高壓變頻器功率單元的旁路裝置，其特征在于，所述接觸器的控制線圈連接功率單元控制電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述高壓變頻器功率單元的旁路裝置，其特征在于，所述接觸器還具有輔助觸點，所述接觸器的輔助觸點連接功率單元控制電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述高壓變頻器功率單元的旁路裝置，其特征在于，還包括繼電器，所述繼電器具有常開觸點，該常開觸點與所述接觸器的控制線圈、控制變壓器的副邊繞組構(gòu)成串聯(lián)回路；繼電器的控制線圈連接功率單元控制電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述高壓變頻器功率單元的旁路裝置，其特征在于，還包括電阻器，所述繼電器具有常閉觸點，該常閉觸點與電阻器并聯(lián)后，再串聯(lián)入接觸器的控制線圈、控制變壓器的副邊繞組、繼電器的常開觸點構(gòu)成的串聯(lián)回路中。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述高壓變頻器功率單元旁路裝置，其特征在于，所述控制變壓器為單相變壓器，其原邊繞組連接功率單元的熔斷器與整流電路之間三個連接點中的兩個。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述高壓變頻器功率單元旁路裝置，其特征在于，同輸出相的功率單元旁路裝置的輸出端依次串聯(lián)，形成旁路裝置鏈，各相功率單元旁路裝置鏈的一個對應端連接在一起作為高壓變頻器輸出的中性點，另一對應端分別作為高壓變頻器的高壓輸出端。
專利摘要本實用新型公開了一種高壓變頻器功率單元的旁路裝置，包括接觸器和控制變壓器，其中的接觸器至少包括一個常開主觸點和一個常閉主觸點；兩個主觸點的一端直接連接，另一端分別連接功率單元的兩個輸出端；兩個主觸點的直接連接端和功率單元連接常閉觸點的輸出端分別作為旁路裝置的輸出端；其中的控制變壓器的副邊繞組為接觸器控制線圈供電。同輸出相的功率單元旁路裝置的輸出端依次串聯(lián)，形成旁路裝置鏈；各相功率單元旁路裝置鏈的一個對應端互相連接作為高壓變頻器的輸出中性點，另一對應端可以獲得高壓變頻器的高壓輸出。采用本實用新型，能夠使高壓變頻器功率單元的旁路動作更加安全可靠，從而提高高壓變頻器的運行穩(wěn)定性。
文檔編號H02M1/32GK202978689SQ20122066982
公開日2013年6月5日 申請日期2012年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月7日
發(fā)明者李永盼 申請人:上海億思特電氣股份有限公司