專利名稱：一種變換器裝置及用于該變換器裝置的輔助電路的制作方法
技術領域：
本發明涉及變換器領域，更具體地說，涉及一種變換器裝置及用于該變換器裝置
的輔助電路。
背景技術：
針對大容量中高壓應用場合，圖1是中高壓變換器的拓撲結構圖，如圖1所示，中高壓變換器大致分為兩類，分別是直接變換式和間接變換式。對于直接變換方式，周波變換器是在大功率場合最常用的拓撲，但一般只能實現降頻變換，在交流調速場合應用受到限制。直接變換形式雖然沒有中間直流環節及相應儲能元件，節省了一定的成本和體積，但是沒有儲能環節，不能解決電網電壓瞬時跌落帶來的一系列問題。矩陣變換器也屬于直接變換方式，但其應用于大功率場合的可行性還有待研究。 對于間接變換方式，根據電源形式的不同，分為電流源型與電壓源型兩類。對于電流源型，脈寬調制電流源型變換器(P麗-CSI)和負載換流逆變器(Load CommutatedInverter, LCI)是其中的兩大主要拓撲，容錯能力較差、動態響應較慢、直流電感體積重量大等是其主要的不足，但導通損耗小等優點使其在特大功率(大于20麗)的應用場合能獲得較高的效率而得到廣泛的使用。對于電壓源型，其中的多電平逆變器(MLI)相對于兩電平電壓源型變換器(VSI)，在電壓電流諧波控制、開關損耗、電機絕緣性能以及抗電磁干擾等方面具有明顯的優勢。而對于多電平逆變器，大體可分為箝位型(包括二極管箝位型，電容箝位型，以及層疊型)和級聯型拓撲。級聯型拓撲作為多電平逆變器是最早出現的一種，也是目前工業應用最為廣泛的一種拓撲形式。 以變換器的級聯拓撲為例，在圖2示出的變換器級聯拓撲的結構圖中，該級聯拓撲包括多個功率單元100 (Al、 Bl、 Cl、 A2、 B2、 C2…)，該多個功率單元連接在主功率變壓器Tl的副邊繞組。圖3是圖2中的一個功率單元的電路圖，在功率單元100中，輸入電壓經二極管整流(也可以是混合整流、有源整流)后，連接到高壓電網，通過直流母線將電能傳輸到變電所。在連接到高壓電網前，需要建立直流母線電壓，通常每個功率單元中都有直流母線電容Cl 1 、 C12，然而，直流母線電容一般容量較大，這就需要一個預充電或是軟啟動電路，使母線電壓逐漸上升，以避免對變壓器或其它功率硬件產生較大的沖擊，包括電應力和機械應力。在變換器拓撲中，由于功率單元的數目較多，這樣每一個功率單元都要有軟啟預充電電路，如此多數目的軟啟預充電電路必然會使成本增高。 如何能以較低的成本實現為變換器裝置進行軟啟動，減小對變壓器和其它功率硬件的沖擊是人們一直渴望解決的問題。
發明內容
本發明要解決的技術問題在于，針對現有技術的上述缺陷，提供一種變換器裝置
及用于該變換器裝置的輔助電路，能以較低的成本實現變換器裝置的軟啟動。 本發明解決其技術問題所采用的技術方案是構造一種用于變換器裝置的輔助電路，所述變換器裝置包括主功率變壓器，所述輔助電路包括連接在所述主功率變壓器副邊 的輔助繞組，所述輔助電路用于為所述變換器裝置進行軟啟動。 在本發明所述的用于變換器裝置的輔助電路中，所述輔助電路還用于指示所述變 換器裝置是否是由所述主功率變壓器的輸入電壓上電。 在本發明所述的用于變換器裝置的輔助電路中，所述輔助電路還用于檢測所述主 功率變壓器的輸入電壓。 在本發明所述的用于變換器裝置的輔助電路中，所述輔助電路還用于為變換器裝 置提供電源冗余。 在本發明所述的用于變換器裝置的輔助電路中，所述輔助電路還用于所述變換器 裝置的整機調試。 在本發明所述的用于變換器裝置的輔助電路中，所述輔助電路還包括第一斷路 器、限流電阻、第一接觸器、第二斷路器，其中，第一斷路器的一端接低壓側電源，其另一端 通過所述限流電阻、第一接觸器、第二斷路器連接所述輔助繞組。 在本發明所述的用于變換器裝置的輔助電路中，所述變換器裝置還包括控制器和 為控制器供電的電源模塊，所述輔助電路還包括第二接觸器、第一輔助電源斷路器和變壓 器；所述第二接觸器的一端連接所述第一接觸器與所述第二斷路器的交匯點，其另一端連 接所述電源模塊；所述第一斷路器的所述另一端還依次通過第一輔助電源斷路器、變壓器 連接所述電源模塊。 在本發明所述的用于變換器裝置的輔助電路中，所述變換器裝置還包括用于散熱 和冷卻的若干風機，所述輔助電路還包括第三斷路器、第三接觸器和第四接觸器；所述第一 斷路器的所述另一端還通過所述第三斷路器(MCCB3)和第三接觸器連接所述若干風機；所 述第四接觸器的一端連接所述第一接觸器與所述第二斷路器的交匯點，其另一端連接所述 若干風機。 在本發明所述的用于變換器裝置的輔助電路中，所述輔助電路還包括第二輔助電
源斷路器，所述第二輔助電源斷路器的一端連接交流市電，另一端連接電源模塊。 在本發明所述的用于變換器裝置的輔助電路中，所述輔助繞組的輸出端連接有指示燈。 在本發明所述的用于變換器裝置的輔助電路中，所述輔助電路還包括連接在所述 輔助繞組和所述控制器之間的電壓互感器。 本發明還構造一種變換器裝置，包括主功率變壓器、變換器拓撲、控制器、為控制 器供電的電源模塊和用于散熱和冷卻的若干風機，所述變換器拓撲連接所述主功率變壓器 的至少一個副邊繞組，還包括輔助電路，所述輔助電路包括連接在所述主功率變壓器副邊 的輔助繞組，所述輔助電路用于為所述變換器拓撲進行軟啟動。 在本發明所述的變換器裝置中，所述輔助電路還包括第一斷路器(MCCB1)、限流電 阻、第一接觸器、第二斷路器，其中，第一斷路器的一端接低壓側電源，其另一端通過所述限 流電阻、第一接觸器、第二斷路器連接所述輔助繞組。 在本發明所述的變換器裝置中，所述輔助電路還包括第二接觸器、第一輔助電源 斷路器和變壓器；所述第二接觸器的一端連接所述第一接觸器與所述第二斷路器的交匯 點，其另一端連接所述電源模塊；所述第一斷路器的所述另一端還依次通過第一輔助電源
5斷路器、變壓器連接所述電源模塊。 在本發明所述的變換器裝置中，所述輔助電路還包括第三斷路器、第三接觸器和 第四接觸器；所述第一斷路器的所述另一端還通過所述第三斷路器和第三接觸器連接所述 若干風機；所述第四接觸器的一端連接所述第一接觸器與所述第二斷路器的交匯點，其另 一端連接所述若干風機。 在本發明所述的變換器裝置中，所述輔助電路還包括第二輔助電源斷路器，所述
第二輔助電源斷路器的一端連接交流市電，另一端連接電源模塊。 在本發明所述的變換器裝置中，所述輔助繞組的輸出端連接有指示燈。 在本發明所述的變換器裝置中，所述輔助電路還包括連接在所述輔助繞組和所述
控制器之間的電壓互感器。 在本發明所述的變換器裝置中，所述變換器拓撲為中壓變換器拓撲和高壓變換器 拓撲。 在本發明所述的變換器裝置中，所述變換器拓撲為多電平拓撲。 在本發明所述的變換器裝置中，所述多電平拓撲為三電平拓撲、五電平拓撲或級
聯五電平拓撲。 實施本發明的變換器裝置及用于該變換器裝置的輔助電路，可在變換器裝置啟動 前，通過輔助電路中的輔助繞組，用低壓側取電為主功率變壓器的副邊繞組勵磁，進而為變 換器裝置的各個功率單元中的直流母線電容充電，使母線電壓逐漸上升，以避免對變壓器 或其它功率硬件產生較大的沖擊，因此，相比分別對每個功率單元都要進行軟啟動，該輔助 電路的成本較低。
下面將結合附圖及實施例對本發明作進一步說明，附圖中 圖1是變換器拓撲分類圖； 圖2是變換器級聯拓撲的結構圖； 圖3是圖2中的一個功率單元的電路圖； 圖4是本發明變換器裝置實施例一的電路圖； 圖5A是本發明用于變換器裝置的輔助電路模態1的電路圖； 圖5B是本發明用于變換器裝置的輔助電路模態2的電路圖； 圖5C是本發明用于變換器裝置的輔助電路模態3的電路圖； 圖5D是本發明用于變換器裝置的輔助電路模態4的電路圖； 圖5E是本發明用于變換器裝置的輔助電路模態5的電路圖； 圖5F是本發明用于變換器裝置的輔助電路模態6的電路圖； 圖5G是本發明用于變換器裝置的輔助電路模態7的電路圖。
具體實施例方式
本發明提出的一種變換器裝置及用于該變換器裝置的輔助電路，通過輔助電路中
的輔助繞組，從低壓側電源取電為主功率變壓器的副邊繞組勵磁，進而為變換器裝置的各 個功率單元中的直流母線電容充電，使母線電壓逐漸上升，以避免對變壓器或其它功率硬件產生較大的沖擊，因此，相比每個功率單元都要進行軟啟動，該輔助電路的成本較低。
圖4是本發明變換器裝置實施例一的電路圖，在該電路中，變換器裝置主功率變 壓器Tl、變換器拓撲10、控制器Ul、電源模塊20和若干風機Fl、 F2、 F3、 F4、 F5，其中，變換 器拓撲IO包括多個功率單元AI、…、A5、B1、…、B5、C1、…、C5，分別連接主功率變壓器 (Tl)的多個副邊繞組，電源模塊20包括第一電源子模塊U2、第二電源子模塊U3和監測子 模塊U4，第一電源子模塊U2和第二電源子模塊U3用于將輸入的交流電轉換為直流電，且為 控制器Ul供電，監測子模塊U4用于監測第一電源子模塊U2和第二電源子模塊U3的運行 是否故障。若干風機Fl、 F2、 F3、 F4、 F5分別為主功率變壓器Tl和變換器裝置的其它功率 元件散熱和冷卻。 該變換器裝置還包括輔助電路30，該輔助電路30用于實現以下功能為變換器裝 置進行軟啟動、指示所述變換器裝置是否是由所述主功率變壓器Tl的輸入電壓上電、檢測 主功率變壓器Tl的輸入電壓、為變換器裝置提供電源冗余、整機調試變換器裝置。
輔助電路30包括輔助繞組、第一斷路器MCCB1、第二斷路器MCCB2、第三斷路器 MCCB3、第一輔助電源斷路器MCB1、第二輔助電源斷路器MCB2、第三輔助電源斷路器MCB3、 第一接觸器C0N1、第二接觸器C0N2、第三接觸器C0N3、第四接觸器C0N4、48V電池、變壓器 T2、限流電阻R1。 第一斷路器MCCB1的一端連接低壓側電源，例如380V低壓交流電，其另一端依次 通過第一輔助電源斷路器MCB1、變壓器T2連接第一電源子模塊U2 ;第一斷路器MCCB1的另 一端還通過第三斷路器MCCB2、第三接觸器C0N3連接多個風機Fl、 F2、 F3、 F4、 F5 ;第一斷 路器MCCB1的另一端還通過限流電阻Rl、第一接觸器C0N1、第二斷路器MCCB2連接所述輔 助繞組，第二接觸器C0N2的一端連接第一接觸器C0N1和第二斷路器MCCB2的交匯點，其另 一端連接第二電源子模塊U3，第四接觸器C0N4的一端連接第一接觸器C0N1和第二斷路器 MCCB2的交匯點，其另一端連接多個風機F1、F2、F3、F4、F5。 48V電池的輸出端通過第三輔 助電源斷路器MCB3連接供電子模塊U5。 以下針對該輔助電路工作的各個模態說明其工作原理 在圖5A示出的本發明用于變換器裝置的輔助電路模態1的電路圖中，模態1是變 換器裝置啟動前，從低壓側取電開啟控制器U1的狀態。首先，手動將低壓輸入供電回路的 第一斷路器MCCB1和第一輔助電源斷路器MCB1閉合，如圖5A中的加粗黑色線所示，低壓側 電源輸出的交流電經變壓器T2降壓成220V，降壓后的220V交流電經第一電源子模塊U2轉 換為直流電，為控制器Ul供電。 在圖5B示出的本發明用于變換器裝置的輔助電路模態2的電路圖中，模態2是 變換器裝置啟動前，從低壓側取電為變換器拓撲10中各個功率單元的直流母線電容充電 的狀態。在控制器U1上電后，控制器U1控制第一接觸器C0N1閉合，然后閉合第二斷路器 MCCB2，如圖5B中的加粗黑色線所示，這樣低壓交流電通過限流電阻Rl和輔助繞組給主功 率變壓器T1的其它副邊繞組(圖5B未示出)勵磁，進而為變換器拓撲10中各個功率單元 的直流母線電容(圖5B未示出)充電。 在圖5C示出的本發明用于變換器裝置的輔助電路模態3的電路圖中，該模態3是 變換器裝置啟動前，從低壓側電源取電為風機Fl、 F2、 F3、 F4、 F5供電的狀態。當檢測到直 流母線電容達到閾值后，例如閾值為800V，并將該檢測結果發送至控制器U1，控制器U1則認為預充電完成，控制第一接觸器(C0N1)斷開、第三接觸器(C0N3)閉合，且閉合第三斷路 器(MCCB3)，這樣，如圖5C中的加粗黑色線所示，低壓交流電就可為風機F1、F2、F3、F4、F5 供電。 在圖5D示出的本發明用于變換器裝置的輔助電路模態4的電路圖中，該模態4是 變換器裝置啟動完成后，從高壓側取電為控制器U1供電的狀態。在預充電完成后，為保證 控制器U1不間斷供電，控制器U1控制第二接觸器C0N2閉合，如圖5D中的加粗黑色線所示， 這樣就可以通過輔助繞組從功率變壓器Tl的高壓側取電，然后經第二電源子模塊U3后轉 換為直流電，為控制器Ul供電，同時，從低壓側取電經第一電源子模塊U2也為控制器Ul供 電，這樣，1+1冗余保證了控制器U1的供電可靠性。在圖5E示出的本發明用于變換器裝置的輔助電路模態5的電路圖中，該模態5是 低壓側掉電后，從高壓側取電為控制器U1供電和為風機F1、F2、F3、F4、F5供電的狀態。低 壓交流電掉電后，第三接觸器C0N3斷開，第四接觸器C0N4閉合，如圖5E中的加粗黑色線所 示，這樣就可從高壓側取電為控制器Ul供電和為風機Fl、 F2、 F3、 F4、 F5供電。
優選地，第三接觸器C0N3和第四接觸器C0N4為互鎖接觸器。 在圖5F示出的本發明用于變換器裝置的輔助電路模態6的電路圖中，該模態6是 低壓側和高壓側都掉電后，從電池取電為控制器U1供電的狀態。在該實施例中，輔助電路 還包括連接在第三輔助電源斷路器MCB3和48V電池之間的第五接觸器C0N5，在第五接觸器 C0N5閉合后，如圖5F中的加粗黑色線所示，48V電池通過供電子模塊U5為控制器供電，這 樣就進一步保證了控制器的供電可靠性。 在圖5G示出的本發明用于變換器裝置的輔助電路模態7的電路圖中，該模態是對 變換器裝置調試時的狀態，閉合第二輔助電源斷路器MCB2，使交流市電通過電源模塊20為 控制器U1供電，同時，閉合第一斷路器MCCB1、第二斷路器MCCB2，控制器U1控制第一接觸 器C0N1閉合，如圖5F中的加粗黑色線所示，這樣低壓側電通過限流電阻R1和輔助繞組給 主功率變壓器的其它副邊繞組勵磁，進而可對整個變換器裝置調試。 另外，在圖5A至圖5G的輔助電路的電路圖中，該輔助電路還包括供電子模塊U5， 供電子模塊U5用于將第一電源子模塊U2和/或第二電源子模塊U3輸出的直流電轉換為 控制器U1工作所需的電壓。 優選地，在圖5A至圖5G的輔助電路的電路圖中，該輔助電路還包括監測模塊U4，
其輸入端連接第一電源子模塊U2和第二電源子模塊U3，其輸出端連接控制器Ul，監測模塊
U4用于監測第一電源子模塊U2和第二電源子模塊U3的運行是否故障。 優選地，在圖5A至圖5G的輔助電路的電路圖中，輔助繞組的輸出端還連接有指示
燈L1、L2，用于指示輔助繞組輸出的電壓是否正常。 優選地，輔助繞組的輸出端和控制器U1之間還連接有電壓互感器PT，電壓互感器 PT用于檢測輔助繞組輸出的電壓，并將檢測結果發送至控制器Ul。 本發明變換器裝置中的的變換器拓撲10按電壓水平來分，可以是中壓變換器拓 撲或高壓變換器拓撲，變換器拓撲10按拓撲形式來分，可以是三電平拓撲、五電平拓撲、級 聯五電平拓撲或其它多電平拓撲，以上所述的變換器拓撲均可使用本發明的輔助電路。
以上所述僅為本發明的優選實施例而已，并不用于限制本發明，對于本領域的技 術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修
8改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的權利要求范圍之內。
權利要求
一種用于變換器裝置的輔助電路，所述變換器裝置包括主功率變壓器(T1)，其特征在于，所述輔助電路包括連接在所述主功率變壓器(T1)副邊的輔助繞組，所述輔助電路用于為所述變換器裝置進行軟啟動。
2. 根據權利要求1所述的用于變換器裝置的輔助電路，其特征在于，所述輔助電路還用于指示所述變換器裝置是否是由所述主功率變壓器的輸入電壓上電。
3. 根據權利要求1所述的用于變換器裝置的輔助電路，其特征在于，所述輔助電路還用于檢測所述主功率變壓器的輸入電壓。
4. 根據權利要求1所述的用于變換器裝置的輔助電路，其特征在于，所述輔助電路還用于為變換器裝置提供電源冗余。
5. 根據權利要求1所述的用于變換器裝置的輔助電路，其特征在于，所述輔助電路還用于所述變換器裝置的整機調試。
6. 根據權利要求1所述的用于變換器裝置的輔助電路，其特征在于，所述輔助電路還包括第一斷路器(MCCB1)、限流電阻(Rl)、第一接觸器(C0N1)、第二斷路器(MCCB2)，其中，第一斷路器(MCCB1)的一端接低壓側電源，其另一端通過所述限流電阻(Rl)、第一接觸器(C0N1)、第二斷路器(MCCB2)連接所述輔助繞組。
7. 根據權利要求6所述的用于變換器裝置的輔助電路，其特征在于，所述變換器裝置還包括控制器(Ul)和為控制器(Ul)供電的電源模塊(20)，所述輔助電路還包括第二接觸器(C0N2)、第一輔助電源斷路器(MCB1)和變壓器(T2);所述第二接觸器(C0N2)的一端連接所述第一接觸器(C0N1)與所述第二斷路器(MCCB2)的交匯點，其另一端連接所述電源模塊(20);所述第一斷路器(MCCB1)的所述另一端還依次通過第一輔助電源斷路器(MCB1)、變壓器(T2)連接所述電源模塊(20)。
8. 根據權利要求7所述的用于變換器裝置的輔助電路，其特征在于，所述變換器裝置還包括用于散熱和冷卻的若干風機(Fl、 F2、 F3、 F4、 F5)，所述輔助電路還包括第三斷路器(MCCB3)、第三接觸器(C0N3)和第四接觸器(C0N4);所述第一斷路器(MCCB1)的所述另一端還通過所述第三斷路器(MCCB3)和第三接觸器(C0N3)連接所述若干風機(Fl、 F2、 F3、F4、F5);所述第四接觸器(C0N4)的一端連接所述第一接觸器(C0N1)與所述第二斷路器(MCCB2)的交匯點，其另一端連接所述若干風機(F1、F2、F3、F4、F5)。
9. 根據權利要求8所述的用于變換器裝置的輔助電路，其特征在于，所述輔助電路還包括第二輔助電源斷路器(MCB2)，所述第二輔助電源斷路器(MCB2)的一端連接交流市電，另一端連接電源模塊(20)。
10. 根據權利要求1所述的用于變換器裝置的輔助電路，其特征在于，所述輔助繞組的輸出端連接有指示燈(L1、L2)。
11. 根據權利要求7 9任一項所述的用于變換器裝置的輔助電路，其特征在于，所述輔助電路還包括連接在所述輔助繞組和所述控制器(Ul)之間的電壓互感器(PT)。
12. —種變換器裝置，包括主功率變壓器(Tl)、變換器拓撲(10)、控制器(Ul)、為控制器供電的電源模塊和用于散熱和冷卻的若干風機(Fl、 F2、 F3、 F4、 F5)，所述變換器拓撲(10)連接所述主功率變壓器(Tl)的至少一個副邊繞組，其特征在于，還包括輔助電路(30)，所述輔助電路(30)包括連接在所述主功率變壓器(Tl)副邊的輔助繞組，所述輔助電路(30)用于為所述變換器拓撲進行軟啟動。
13. 根據權利要求12所述的變換器裝置，其特征在于，所述輔助電路還包括第一斷路器(MCCB1)、限流電阻(Rl)、第一接觸器(C0N1)、第二斷路器(MCCB2)，其中，第一斷路器(MCCB1)的一端接低壓側電源，其另一端通過所述限流電阻(Rl)、第一接觸器(C0N1)、第二斷路器(MCCB2)連接所述輔助繞組。
14. 根據權利要求13所述的變換器裝置，其特征在于，所述輔助電路還包括第二接觸器(C0N2)、第一輔助電源斷路器(MCB1)和變壓器(T2);所述第二接觸器(C0N2)的一端連接所述第一接觸器(C0N1)與所述第二斷路器(MCCB2)的交匯點，其另一端連接所述電源模塊(20);所述第一斷路器(MCCB1)的所述另一端還依次通過第一輔助電源斷路器(MCB1)、變壓器(T2)連接所述電源模塊(20)。
15. 根據權利要求14所述的變換器裝置，其特征在于，所述輔助電路還包括第三斷路器(MCCB3)、第三接觸器(C0N3)和第四接觸器(C0N4);所述第一斷路器(MCCB1)的所述另一端還通過所述第三斷路器(MCCB3)和第三接觸器(C0N3)連接所述若干風機(F1、F2、F3、F4、F5);所述第四接觸器(C0N4)的一端連接所述第一接觸器(C0N1)與所述第二斷路器(MCCB2)的交匯點，其另一端連接所述若干風機(F1、F2、F3、F4、F5)。
16. 根據權利要求15所述的變換器裝置，其特征在于，所述輔助電路還包括第二輔助電源斷路器(MCB2)，所述第二輔助電源斷路器(MCB2)的一端連接交流市電，另一端連接電源模塊(20)。
17. 根據權利要求12所述的變換器裝置，其特征在于，所述輔助繞組的輸出端連接有指示燈。
18. 根據權利要求12所述的變換器裝置，其特征在于，所述輔助電路還包括連接在所述輔助繞組和所述控制器(Ul)之間的電壓互感器(PT)。
19. 根據權利要求12所述的變換器裝置，其特征在于，所述變換器拓撲為中壓變換器拓撲和高壓變換器拓撲。
20. 根據權利要求12所述的變換器裝置，其特征在于，所述變換器拓撲為多電平拓撲。
21. 根據權利要求12所述的變換器裝置，其特征在于，所述多電平拓撲為三電平拓撲、五電平拓撲或級聯五電平拓撲。
全文摘要
本發明涉及一種變換器裝置及用于該變換器裝置的輔助電路，所述變換器裝置包括主功率變壓器，所述輔助電路包括連接在所述主功率變壓器副邊的輔助繞組，所述輔助電路用于為所述變換器裝置進行軟啟動，實施本發明的技術方案，可在變換器裝置啟動前，通過輔助電路中的輔助繞組，用低壓側取電為主功率變壓器的副邊繞組勵磁，進而為變換器裝置的各個功率單元中的直流母線電容充電，使母線電壓逐漸上升，以避免對變壓器或其它功率硬件產生較大的沖擊，因此，相比分別對每個功率單元都要進行軟啟動，該輔助電路的成本較低。
文檔編號H02M1/36GK101777826SQ20091018942
公開日2010年7月14日 申請日期2009年12月24日 優先權日2009年12月24日
發明者宋凌鋒, 李濤, 杜宇峰 申請人:艾默生網絡能源有限公司