一種高壓變頻調速裝置的功率單元旁路機構的製作方法

2023-05-21 07:07:56

專利名稱：一種高壓變頻調速裝置的功率單元旁路機構的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種高壓變頻調速裝置的功率單元旁路機構，尤其涉及一種採用單元串聯多重化技術後的高壓變頻調速裝置的功率單元旁路機構，屬於高壓變頻調速裝置技術領域。
背景技術：
近年來，隨著電力電子技術的發展，促使了電力電子器件的發展，絕緣柵雙極電晶體IGBT是在90年代得到迅速發展，其絕緣性能好、模塊化程度高，工作頻率可達20kHz，因此在低壓變頻調速裝置上得到了廣泛的應用。在高壓變頻調速中，由於IGBT的工作電壓低，雖然目前已能作到3.3～4.5Kv，但還不能滿足直接使用的電壓等級。所以人們設計研究出在高壓變頻調速裝置中採用單元串聯多重化技術，使符合使用的、工作電壓較低的IGBT模塊得到應用。申請人自主獨立的研製出6KV高壓變頻調速裝置，經過多繞組移相整流變壓器降壓後給智能功率單元供電，智能功率單元為三相輸入單相輸出的交-直-交PWM電壓源型逆變器結構，相鄰的智能功率單元的輸出端串聯起來，形成Y形結構，實現變壓變頻的高壓直接輸出，供給高壓電動機。
這種高壓變頻調速裝置在使用過程中，偶爾會出現某個或幾個IGBT模塊發生故障時，引起智能功率單元的故障，為了使高壓變頻調速裝置還能繼續正常工作，不影響整個系統的運行，應儘快的將故障的智能功率單元退出並能在不停機的情況下進行在線更換，這就需要一種保護電路及機構來滿足以上的要求，目前國內高壓變頻調速裝置中使用的電子旁路電路，無物理旁路機構且不能在線更換，只能停機以後才能更換故障單元，主要有幾種1 由繼電器或接觸器構成旁路電路，其缺點是由於繼電器或接觸器的機械觸點有時接觸不良或動作不準確，動作有時限，影響系統運行的可靠性；2 現在普遍採用的另一種形式的旁路電路如圖1所示，它由設置在逆變橋1旁邊的單相二極體整流橋2和晶閘管3構成。當某個功率模塊出現故障時，系統關斷逆變橋1，觸發晶閘管3，使電流通過二極體整流橋2和晶閘管3形成的通路流過。但是，這種旁路電路在實際應用中存在著一定的問題，這是因為整個線路對旁路電路中的二極體和晶閘管提出了較高的要求。眾所周知，IGBT的開關時間很短，一般在300nS左右，現在使用1700V的IGBT，直流母線電壓可達到1000V左右，於是IGBT開關時將產生的dv/dt可達3000V/μS的量級，而晶閘管能承受的dv/dt一般在1000V/μS以下。所以圖1所示的電路，在剛上電時，晶閘管兩端的電壓為零，當功率模塊IGBT開始正常導通的瞬間，晶閘管就會耐受超過其耐受能力的dv/dt。這樣就容易引起晶閘管的誤導通，造成逆變橋輸出短路，從而使功率模塊發生故障；3 還有一種是在上述第2種的旁路電路基礎上增加了一個預充電電路4，如圖2所示，雖然解決了上述第2種旁路電路的一些缺陷，但不能解決這個故障功率模塊單元的在線更換，而且這種旁路電路的方式使用的元器件多、線路相對比較複雜。

發明內容
本發明的目的是要提供一種使故障的智能功率單元能在電路中在線更換，成本低、功耗低、工作可靠的高壓變頻調速裝置的功率單元旁路機構。
為實現以上目的，本發明的技術方案是提供一種高壓變頻調速裝置的功率單元旁路機構，包括並聯在高壓變頻調速裝置的每一個智能功率單元逆變器、交流母線輸出兩端旁的一個晶閘管模塊和一個機械操作的閘刀機構，其特徵在於，在每一智能功率單元逆變器和交流母線輸出兩端旁的一個晶閘管模塊之間設有吸收dv/dt的吸收回路。
所述的晶閘管模塊為正反向並聯的晶閘管模塊。
所述的dv/dt的吸收回路由高頻電抗器、吸收電容和吸收電阻組成，高頻電抗器L串接在變頻調速裝置每一智能功率單元輸出的逆變器交流端與一個輸出交流母線端之間，在輸出交流母線兩端之間並聯一串接的吸收電容和吸收電阻，在輸出交流母線兩端之間與一個正反向並聯的晶閘管模塊並聯。
本發明在每一智能功率單元逆變器和交流母線輸出兩端旁的一個晶閘管模塊之間設有吸收dv/dt的吸收回路，當絕緣柵雙極電晶體開關動作時所產生高的dv/dt，由於有了高頻電抗器、吸收電容和吸收電阻將絕緣柵雙極電晶體開關動作時所產生高的dv/dt抑制到很低，使電子旁路中的正反向並聯晶閘管模塊不會承受過高的dv/dt，也不會使正反向並聯晶閘管模塊出現誤導通的情況，從而保證系統在某個智能功率單元在故障時可靠的電子旁路，同時使系統能在某一限定的工況下繼續運行，等待維修人員準備好備件，將故障的智能功率單元在不停機的情況下即在線退出，更換新的備件，退出物理旁路機構，新的備件自動投入，系統自動恢復正常工作。
本發明的dv/dt的吸收回路b不僅對逆變器產生的dv/dt進行吸收，保護正反向並聯晶閘管模塊，而且對逆變器的輸出波形進行濾波，使有害的諧波得到很好的抑制。這樣高壓變頻調速裝置的輸出指標得到大大的提高；本發明的優點是使故障的智能功率單元能在電路中在線更換，成本低、功耗低、工作可靠。


圖1為現有技術中的電子旁路電路圖；圖2為現有技術中的另一種電子旁路電路圖；圖3為一種高壓變頻調速裝置的功率單元旁路機構電路圖；圖4為一種高壓變頻調速裝置的功率單元旁路機構結構示意圖。
具體實施例方式
以下結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。
如圖3所示，為一種高壓變頻調速裝置的功率單元旁路機構電路圖，所述的一種高壓變頻調速裝置的功率單元旁路機構由並聯在高壓變頻調速裝置的每一個智能功率單元逆變器1、交流母線輸出兩端旁的一個晶閘管模塊5、吸收dv/dt的吸收回路6和一個機械操作的閘刀機構7組成，所述的晶閘管模塊5為正反向並聯的晶閘管模塊，在每一智能功率單元逆變器1和交流母線輸出兩端旁的一個晶閘管模塊5之間設有吸收dv/dt的吸收回路6。
所述的dv/dt的吸收回路6由高頻電抗器L、吸收電容C和吸收電阻R組成，其中高頻電抗器L的一端串接在高壓變頻調速裝置每一智能功率單元逆變1交流輸出側，吸收電容C和吸收電阻R串聯後並聯在高頻電抗器L的另一端與智能功率單元逆變器1交流輸出的另一側，正反向並聯晶閘管模塊5並聯在吸收電容C和吸收電阻R串聯後的兩端，閘刀機構7並聯在正反向並聯晶閘管模塊5的兩端，這樣吸收(抑制)dv/dt迴路6，能使智能功率單元逆變1中的絕緣柵雙極電晶體在開關瞬間，避免正反向並聯晶閘管模塊5耐受不能耐受的dv/dt，而引起正反向並聯晶閘管模塊6的誤導通。正反向並聯晶閘管模塊5是在高壓變頻調速裝置某一智能功率單元逆變器1發生故障時，接收到智能功率單元中的控制器的觸發命令，使正反向並聯晶閘管模塊5中的正反向並聯晶閘管都導通，同時控制器的命令閉鎖智能功率單元逆變器1的輸出，起到了對高壓變頻調速裝置故障的智能功率單元逆變器1進行旁路，從而保證系統能在某一限定的工況下繼續運行，等待維修人員在不停機的情況下更換。
如圖4所示，為一種高壓變頻調速裝置的功率單元旁路機構結構示意圖，所述的閘刀機構7由操作手柄8、絕緣延長拉杆9、閘刀11、閘刀固定閉合口12和箱體14組成，絕緣延長拉杆9穿過每一個功率單元箱體14的前後側，操作手柄8連接箱體14後側外的絕緣延長拉杆9端部，在箱體14前側外的絕緣延長拉杆9端部連接閘刀11，閘刀11側設有閘刀固定閉合口12。
智能功率單元逆變器1、交流母線輸出兩端旁的一個晶閘管模塊5吸收dv/dt的吸收回路6組成電子旁路15安裝在箱體14的前側，閘刀11的與智能功率單元逆變器1輸出的交流母線聯接13連接，特製閘刀固定閉合口12固定在智能功率單元逆變器1的另一個輸出交流母線10上，在維修人員準備好備件後進行操作先操作操作手柄8，拉動絕緣延長拉杆9，使閘刀11與閘刀固定閉合口12閉合，工作電流直接從交流母線13流經閘刀11，再從另一個輸出交流母線10流向下一個正常的智能功率單元逆變器，從而使電子旁路線路中的正反向並聯晶閘管模塊5沒有電流流過，完成了物理旁路過程。這樣可以在不停機的情況下更換備件。
本發明中的電子旁路15是直接在交流迴路中進行改進，與以往的旁路技術要將交流變成直流後再進行改進有本質的差別；本發明中的機械操作的閘刀是物理旁路機構，這是一個全新的概念，本發明有了機械操作的閘刀機構7，可以不停機更換故障單元，從而使系統的利用率大大的得到提高。
權利要求
1.一種高壓變頻調速裝置的功率單元旁路機構，包括並聯在高壓變頻調速裝置的每一個智能功率單元逆變器(1)、交流母線輸出兩端旁的一個晶閘管模塊(5)和一個機械操作的閘刀機構(7)，其特徵在於，在每一智能功率單元逆變器(1)和交流母線輸出兩端旁的一個晶閘管模塊(5)之間設有吸收dv/dt的吸收回路(6)。
2.根據權利要求1所述的一種高壓變頻調速裝置的功率單元旁路機構，其特徵在於，所述的晶閘管模塊(5)為正反向並聯的晶閘管模塊。
3.根據權利要求1所述的一種高壓變頻調速裝置的功率單元旁路機構，其特徵在於，所述的dv/dt的吸收回路(6)由高頻電抗器L、吸收電容C和吸收電阻R組成，高頻電抗器L串接在變頻調速裝置每一智能功率單元輸出的逆變器(1)交流端與一個輸出交流母線端之間，在輸出交流母線兩端之間並聯一串接的吸收電容C和吸收電阻R；在輸出交流母線兩端之間與一個正反向並聯的晶閘管模塊(6)並聯。
4.根據權利要求1所述的一種高壓變頻調速裝置的功率單元旁路機構，其特徵在於，所述的閘刀機構(7)由操作手柄(8)、絕緣延長拉杆(9)、閘刀(11)、閘刀固定閉合口(12)和箱體(14)組成，絕緣延長拉杆(9)穿過每一個功率單元箱體(14)的前後側，操作手柄(8)連接箱體(14)後側外的絕緣延長拉杆(9)端部，在箱體(14)前側外的絕緣延長拉杆(9)端部連接閘刀(11)，閘刀(11)側設有閘刀固定閉合口(12)。
全文摘要
本發明涉及一種高壓變頻調速裝置的功率單元旁路機構，包括並聯在高壓變頻調速裝置的每一個智能功率單元逆變器、交流母線輸出兩端旁的一個晶閘管模塊和一個機械操作的閘刀機構，其特徵在於，在每一智能功率單元逆變器和交流母線輸出兩端旁的一個晶閘管模塊之間設有吸收dv/dt的吸收回路。本發明的優點是使故障的智能功率單元能在電路中在線更換，成本低、功耗低、工作可靠。
文檔編號H02M7/48GK101087108SQ20071004173
公開日2007年12月12日 申請日期2007年6月7日 優先權日2007年6月7日
發明者項立崢, 黃定忠, 逯乾鵬 申請人:上海科達機電控制有限公司