基于晶閘管的雙路供電的高壓變頻器單元旁路裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種以晶閘管為核心器件采用雙路供電的用于高壓變頻器的高可靠性單元旁路裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]我國(guó)能源生產(chǎn)和能源消費(fèi)已列世界前茅，但是仍滿足不了工業(yè)生產(chǎn)和人民生活發(fā)展的需要，所以在能源非常緊張的今天，如何節(jié)約能源變得非常重要。而我國(guó)工業(yè)用高壓大功率交流電機(jī)目前大部分采用直接恒速拖動(dòng)，能源浪費(fèi)巨大。如采用采用變頻調(diào)速技術(shù)運(yùn)行，節(jié)能效果非常的明顯。因此，高壓大容量交流電機(jī)變頻調(diào)速節(jié)能系統(tǒng)的研發(fā)及應(yīng)用，對(duì)我國(guó)工業(yè)降低單產(chǎn)能耗具有重大意義。
[0003]200KW的大中功率的傳動(dòng)設(shè)備占市場(chǎng)的70%以上，國(guó)內(nèi)電壓等級(jí)為6KV和10KV，由于受功率器件的耐壓水平和載流能力的限制，此電壓等級(jí)的高壓變頻器多采用多電平變換及相關(guān)技術(shù)，其中單相Η橋級(jí)聯(lián)多電平逆變器由于控制相對(duì)簡(jiǎn)單，不用考慮中點(diǎn)電壓平衡問(wèn)題，易于實(shí)現(xiàn)多電平，改善輸出電壓諧波，方便模塊化設(shè)計(jì)等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)上獲得不錯(cuò)的應(yīng)用效果。
[0004]Η橋級(jí)聯(lián)多電平逆變器采用多組低電壓小功率IGBT構(gòu)成的功率單元串聯(lián)形成高壓輸出，由于采用的是功率單元串聯(lián)，因此不存在元件之間的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)均壓?jiǎn)栴}，并且功率單元是模塊化的結(jié)構(gòu)，便于更換和維護(hù)。各功率單元由一個(gè)多繞組的隔離變壓器供電，并以高速微處理器和光纖實(shí)現(xiàn)控制和通訊。
[0005]由于采用多個(gè)功率單元串聯(lián)構(gòu)成高壓輸出的方式，功率單元的故障率是最高的。有效地保護(hù)功率單元穩(wěn)定可靠的運(yùn)行是非常必要的，單元旁路技術(shù)由此應(yīng)運(yùn)而生。
[0006]高壓變頻器功率單元旁路裝置是用于實(shí)現(xiàn)故障情況下高壓變頻器仍可以切除故障單元繼續(xù)工作，完成現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)任務(wù)的目的。常用的晶閘管電子器件式旁路，在功率單元Η橋逆變回路工作時(shí)，經(jīng)常由于高頻率、高變化率dv/dt的脈沖電壓導(dǎo)致晶閘管誤導(dǎo)通，這對(duì)帶負(fù)荷運(yùn)行的高壓變頻器是非常危險(xiǎn)的，需要額外加裝RC吸收等抗干擾電路；晶閘管電子式旁路由于體積小、便于安裝、成本低廉，適用于小容量高壓變頻器實(shí)現(xiàn)單元旁路。
[0007]采用電子式晶閘管的單元旁路方案，需要額外考慮晶閘管的散熱及配用整流二極管，以確保晶閘管有效開(kāi)通；晶閘管開(kāi)通速度極快，一般在微秒內(nèi)開(kāi)通、關(guān)斷，無(wú)觸點(diǎn)運(yùn)行、無(wú)火花、無(wú)噪聲、效率高、成本低。
[0008]采用電子式晶閘管的單元旁路方案是在功率單元輸出側(cè)增加一個(gè)常開(kāi)點(diǎn)，故障時(shí)切換為常閉點(diǎn)；將故障單元切除，將故障單元相鄰的兩個(gè)單元輸出串聯(lián)在一起，構(gòu)成新的連接。
[0009]由于單元旁路系統(tǒng)是確保高壓變頻器可靠性的裝置，因此單元旁路系統(tǒng)的可靠性要高于變頻器整體水平。關(guān)于旁路系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)需要被特殊關(guān)注。如果供電電路采用雙路冗余供電方式，當(dāng)其中一路故障時(shí)，立即可以切換備用的另一路，不影響旁路系統(tǒng)使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的是提供一種基于晶閘管的雙路供電的高壓變頻器單元旁路裝置，具體實(shí)現(xiàn)方式是采用了雙路供電冗余設(shè)計(jì)方式，保證了單元旁路裝置的可靠性?xún)?yōu)于功率單元。本發(fā)明采用的晶閘管電子式單元旁路，適用于小容量高壓變頻器實(shí)現(xiàn)單元旁路功能。
[0011]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0012]基于晶閘管的雙路供電的高壓變頻器單元旁路裝置，其特征在于，包括雙路供電AC/DC電源、晶閘管驅(qū)動(dòng)板、晶閘管及其反向并聯(lián)的二極管整流橋，所述的雙路供電AC/DC電源為晶閘管驅(qū)動(dòng)板提供電源，晶閘管驅(qū)動(dòng)板通過(guò)光纖與單元控制板進(jìn)行通訊；晶閘管驅(qū)動(dòng)板與晶閘管相連接，控制晶閘管的開(kāi)斷；配有二極管整流橋的晶閘管并聯(lián)在高壓變頻器功率單元輸出端，當(dāng)功率單元內(nèi)IGBT、整流模塊等器件出現(xiàn)故障時(shí)，實(shí)現(xiàn)將該功率單元與其他功率單元切除掉的功能。
[0013]所述的雙路供電AC/DC電源由兩路互相獨(dú)立的供電電路組成，具體包括變壓器、由二極管構(gòu)成的整流橋電路接于變壓器輸出端，電容濾波電路與二極管整流橋電路并聯(lián)連接，在電容濾波電路的輸出端設(shè)有二極管穩(wěn)壓電路，兩路輸出端相并聯(lián)連接，通過(guò)二極管作為切換開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)雙路供電冗余結(jié)構(gòu)；當(dāng)使用的主供電電路故障時(shí)，瞬間切換至備用電路，保證旁路裝置安全穩(wěn)定運(yùn)行。
[0014]所述的晶閘管配有可有效吸收晶閘管動(dòng)作時(shí)產(chǎn)生的電壓尖峰的晶閘管吸收電路。
[0015]采用所述晶閘管旁路裝置的Η橋功率單元包括熔斷器、整流模塊、直流濾波電容、IGBT構(gòu)成的Η橋電路、放電電路、功率單元控制電路；
[0016]所述熔斷器在功率單元三相輸入端，當(dāng)功率單元內(nèi)部器件發(fā)生故障時(shí)，可以有效熔斷，保證變壓器二次側(cè)繞組的安全；
[0017]所述整流模塊是兩個(gè)二極管串聯(lián)在一起，并且由三個(gè)整流模塊構(gòu)成三相不可控整流電路，將輸入交流整流成脈動(dòng)直流；
[0018]所述直流濾波電容連接在整流電路之后，用于吸收整流后直流電壓的脈動(dòng)成分，使其變得平滑；
[0019]所述IGBT構(gòu)成的Η橋電路，是由四只或其倍數(shù)的IGBT構(gòu)成的Η橋逆變電路，按照對(duì)角IGBT開(kāi)通關(guān)斷順序，實(shí)現(xiàn)了將直流電壓變成可控交流電壓；
[0020]所述放電回路，用于瀉放直流濾波電容中儲(chǔ)存的電壓，該回路一般是由一只大功率放電電阻串聯(lián)在功率單元直流母線實(shí)現(xiàn)，對(duì)于直流母線電壓有特殊要求的負(fù)載，該電路也可以在放電電阻上串聯(lián)一只可控IGBT，當(dāng)直流母線電壓超過(guò)一定程度時(shí)，可以設(shè)定該IGBT導(dǎo)通，及時(shí)瀉放電壓；
[0021]所述功率單元控制電路具體包括供電電源、控制電路、驅(qū)動(dòng)電路；
[0022]供電電源取直流母線的高壓直流電壓或是三相輸入交流電壓，通過(guò)內(nèi)部變換，穩(wěn)定輸出一定電壓，為控制電路和驅(qū)動(dòng)電路供電；
[0023]控制電路包括通訊電路、故障檢測(cè)、直流母線電壓檢測(cè)、顯示電路等電路，是功率單元的控制核心，并且與上一級(jí)控制機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)通訊；
[0024]驅(qū)動(dòng)電路用于驅(qū)動(dòng)IGBT，并檢測(cè)IGBT的工作狀態(tài)，在IGBT異常狀態(tài)下可以有效實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能。
[0025]本發(fā)明的有益效果是:根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案，由于采用了雙路供電冗余設(shè)計(jì)，具有更高的可靠性，提高了高壓變頻器整機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性。晶閘管電子式單元旁路，由于體積小，安裝方便，成本低廉，尤其適合小容量高壓變頻器的單元旁路方案。
【附圖說(shuō)明】
[0026]圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
[0027]圖2是雙路供電電源原理圖。
[0028]圖3是晶閘管旁路功率單元拓?fù)鋱D。
[0029]圖4-1是晶閘管內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。
[0030]圖4-2是晶閘管等效電路圖。
[0031 ]圖5是多電平級(jí)聯(lián)式高壓變頻器原理示意圖。
[0032]圖6是多電平級(jí)聯(lián)式高壓變頻器輸出波形。
[0033]圖7是標(biāo)準(zhǔn)功率單元拓?fù)洹?br>【具體實(shí)施方式】
[0034]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體技術(shù)方案進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0035]見(jiàn)圖1，基于晶閘管的雙路供電的高壓變頻器單元旁路裝置，包括雙路供電AC/DC電源、晶閘管驅(qū)動(dòng)板、晶閘管及其反向并聯(lián)的二極管整流橋，所述的雙路供電AC/DC電源為晶閘管驅(qū)動(dòng)板提供電源，晶閘管驅(qū)動(dòng)板通過(guò)光纖與單元控制板進(jìn)行通訊；晶閘管驅(qū)動(dòng)板與晶閘管相連接，控制晶閘管的開(kāi)斷；配有二極管整流橋的晶閘管并聯(lián)在高壓變頻器功率單元輸出端，當(dāng)功率單元內(nèi)IGBT、整流模塊等器件出現(xiàn)故障時(shí)，實(shí)現(xiàn)將該功率單元與其他功率單元切除掉的功能。所述的晶閘管配有可有效吸收晶閘管動(dòng)作時(shí)產(chǎn)生的電壓尖峰的晶閘管吸收電路。
[0036]見(jiàn)圖2，雙路供電AC/DC電源由兩路互相獨(dú)立的供電電路組成，具體包括變壓器(T1T2)、由二極管構(gòu)成的整流橋電路接于變壓器輸出端，電容濾波電路與二極管整流橋電路并聯(lián)連接，在電容濾波電路的輸出端設(shè)有二極管穩(wěn)壓電路，兩路輸出端相并聯(lián)連接，通過(guò)二極管作為切換開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)雙路供電冗余結(jié)構(gòu)；當(dāng)使用的主供電電路故障時(shí)，瞬間切換至備用電路，保證旁路裝置安全穩(wěn)定運(yùn)行。
[0037]本發(fā)明提基于晶閘管的高壓變頻器單元旁路裝置，晶閘管旁路裝置配用整流二極管，采用了雙路供電電源冗余設(shè)計(jì)思路，保證了旁路裝置可靠性高于單元可靠性；晶閘管和整流電路可以選取混合模塊，將這兩部門(mén)封裝在了一個(gè)模塊內(nèi)，體