基于機(jī)械式接觸器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]本實(shí)用新型涉及一種以接觸器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H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]H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。有效的保護(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?，F(xiàn)有高壓變頻器單元旁路方式主要有兩種:一、采用可控硅等電力電子器件作為旁路開(kāi)關(guān);二、采用接觸器作為旁路開(kāi)關(guān);相比于可控硅作為旁路元件，接觸器式單元旁路由于抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高，有明顯隔離開(kāi)斷點(diǎn)等優(yōu)勢(shì)，受到了更多認(rèn)可。
[0006]常用的晶閘管電子器件式旁路，在功率單元H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;而使用機(jī)械式接觸器不存在這類(lèi)干擾問(wèn)題，可以有效開(kāi)通、關(guān)斷。
[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，而且導(dǎo)通電流越大，散熱量及器件尺寸越大越難以實(shí)現(xiàn);而采用機(jī)械式接觸器單元旁路方案只需考慮使用更大的接觸器即可，可以與功率單元分離安裝，結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)。
[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)，這種拓?fù)浯嬖谝欢L(fēng)險(xiǎn)，例如功率單元逆變部分IGBT部分壞損，且無(wú)法完全關(guān)斷時(shí)，晶閘管動(dòng)作機(jī)會(huì)引起單元直流母線直通，引起更惡劣的聯(lián)鎖損壞;而采用機(jī)械式接觸器，尤其是轉(zhuǎn)換式(即一常開(kāi)點(diǎn)，一常閉點(diǎn))接觸器時(shí)的拓?fù)涫强梢詮奈锢砩贤耆珜⒐收瞎β蕟卧谐?，相比而言，具有更高可靠性?br>[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]本實(shí)用新型的目的是提供一種基于機(jī)械式接觸器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，并采用了一路轉(zhuǎn)換型接觸器，保證了單元旁路裝置的可靠性，確保功率單元旁路系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。
[0011 ]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0012]基于機(jī)械式接觸器的雙路供電的高壓變頻器單元旁路裝置，其特征在于，包括雙路供電電源板、旁路驅(qū)動(dòng)板、控制機(jī)、一路轉(zhuǎn)換型接觸器，所述的雙路供電電源板為旁路驅(qū)動(dòng)板提供電源，旁路驅(qū)動(dòng)板通過(guò)光纖與控制機(jī)進(jìn)行通訊，旁路驅(qū)動(dòng)板根據(jù)控制機(jī)指令，驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)的接觸器控制線圈，控制接觸器的開(kāi)斷;所述的接觸器串聯(lián)在高壓變頻器功率單元輸出端，當(dāng)功率單元發(fā)生故障時(shí)，可有效快速將故障功率單元從物理連接中切除;接觸器包含一常開(kāi)一常閉兩個(gè)觸點(diǎn)，接觸器的控制線圈并聯(lián)有續(xù)流二極管。
[0013]所述的雙路供電電源板由兩路互相獨(dú)立的供電電路組成，具體包括變壓器、整流電路、電容濾波電路及穩(wěn)壓電路，兩路輸出通過(guò)二極管模塊作為切換開(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]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是:
[0015]根據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)方案，由于采用了雙路供電電路的冗余設(shè)計(jì)，并采用了一路轉(zhuǎn)換型接觸器，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。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1是本實(shí)用新型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
[0017]圖2是雙路供電電源原理圖。
[0018]圖3是接觸器旁路功率單元拓?fù)洹?br>[0019]圖4是旁路用接觸器原理圖。
[0020]圖5是多電平級(jí)聯(lián)式高壓變頻器原理示意圖。
[0021]圖6是多電平級(jí)聯(lián)式高壓變頻器輸出波形。
[0022]圖7是標(biāo)準(zhǔn)功率單元拓?fù)洹?br>【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的具體技術(shù)方案進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0024]見(jiàn)圖1，本實(shí)用新型基于機(jī)械式接觸器的高壓變頻器單元旁路裝置，包括雙路供電電源板、旁路驅(qū)動(dòng)板、控制機(jī)、一路轉(zhuǎn)換型接觸器，所述的雙路供電電源板為旁路驅(qū)動(dòng)板提供電源，旁路驅(qū)動(dòng)板通過(guò)光纖與控制機(jī)進(jìn)行通訊，旁路驅(qū)動(dòng)板根據(jù)控制機(jī)指令，驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)的接觸器控制線圈，控制接觸器的開(kāi)斷;并持續(xù)檢測(cè)所有接觸器工作狀態(tài)，設(shè)置有故障報(bào)警電路，能有效檢測(cè)旁路驅(qū)動(dòng)板、直流接觸器、以及通訊回路是否存在故障。旁路驅(qū)動(dòng)板通過(guò)光纖與控制機(jī)進(jìn)行通訊，通訊速率高達(dá)1Mb/s。
[0025]見(jiàn)圖2，雙路供電電源板由兩路互相獨(dú)立的供電電路組成，具體包括變壓器(Tl、T2)、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。
[0026]圖3是接觸器旁路功率單元拓?fù)鋱D，由旁路接觸器構(gòu)成的H橋功率單元包括熔斷器(參考圖1)、整流模塊、直流濾波電容、IGBT構(gòu)成的H橋電路、放電電路、功率單元控制電路；
[0027]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。
[0028]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。
[0029]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。
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