超大功率級聯型高壓變頻器及其抑制浪涌的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及高壓變頻領域，具體是涉及一種超大功率級聯型高壓變頻器及其抑制浪涌的方法。
【背景技術】
[0002]我國工業化的快速發展促進了電動機制造與應用向高壓大功率方向發展。超大功率級聯型高壓變頻器用以拖動高壓大功率電機，在冶金、石化、化工行業得到了廣泛的應用。在超大功率應用場合，如冶金行業高爐風機功率一般集中在20兆瓦以上，往往采用兩臺或多臺高壓變頻器并聯進行拖動，參見圖1所示，并機的技術難度較大，多臺高壓變頻器同時運行，其中任意一臺出現故障時，整個并機系統就會過負荷運行或者停機，嚴重影響系統的可靠性和穩定性。
[0003]超大功率級聯型高壓變頻器的核心由多繞組移相變壓器和多組功率單元組成。大功率移相變壓器上電瞬間，激磁浪涌很大。與此同時，功率單元內部有大量電容器組作為整流環節的支撐電容，這些電容在充電瞬間相當于短路，充電浪涌很大。超大功率級聯型高壓變頻器上電瞬間的激磁浪涌及充電浪涌如果不加以抑制，容易引起上級開關跳閘，影響同網其他設備的正常運行。
[0004]參見圖2所示，為了防止功率單元電容上電瞬間造成的充電浪涌，傳統的做法是在功率單元內部直流母線與電容Cl?C3之間串聯充電電阻R4，在充電電阻R4的兩端并接充電接觸器Kl。在功率單元上電瞬間，通過充電電阻R4對電容組C1-C3進行充電。
[0005]當電容電壓達到一定電壓值時，閉合充電接觸器Kl，短接充電電阻R4。此方法每個功率單元內部都需安裝充電電阻和充電接觸器，以及對應的控制電路，不僅增加了成本，還增加了工藝復雜程度，并且降低了產品的可靠性。
【發明內容】
[0006]本發明的目的是為了克服上述【背景技術】的不足，提供一種超大功率級聯型高壓變頻器及其抑制浪涌的方法，能有效抑制激磁浪涌，提尚廣品的可靠性和穩定性，能夠降低成本，有效降低移相變壓器的生產難度，方便后期搬運安裝。
[0007]本發明提供一種超大功率級聯型高壓變頻器，包括兩個或多個移相變壓器組、24個功率單元Al?A8、BI?B8、Cl?C8、高壓1kV電源、低壓380V電源、激磁浪涌抑制電路，所述高壓1kV電源通過激磁浪涌抑制電路與移相變壓器原邊繞組相連，移相變壓器副邊繞組與24個功率單元Al?A8、BI?B8、Cl?C8相連，移相變壓器設置有低壓輔助繞組；所述激磁浪涌抑制電路包括第一真空斷路器QFl、第二真空斷路器QF2、充電電阻R0，第一真空斷路器QFl的一端與高壓1kV電源相連，另一端與充電電阻RO的一端相連，充電電阻RO的另一端與變頻器的輸入端相連，第二真空斷路器QF2并聯在充電電阻RO的兩端。
[0008]在上述技術方案的基礎上，每個功率單元包括6個整流二極管Dl?D6、3個電容Cl?C3、3個均壓電阻Rl?R3、4個絕緣柵雙極晶體管Tl?T4、2個交流輸出端子CLl?CL2,功率單元ABC三相輸入端從移相變壓器副邊繞組取電，由Dl?D6構成的整流橋整流后，由電容Cl?C3濾波儲能，控制Tl?T4按SPffM正弦脈寬調制依次導通，將直流母線電壓逆變為交流方波電壓由CL1、CL2交流輸出端輸出。
[0009]在上述技術方案的基礎上，所述高壓變頻器還包括充電浪涌抑制電路，低壓380V電源通過充電浪涌抑制電路與輔助繞組相連。
[0010]在上述技術方案的基礎上，所述電容Cl?C3在功率單元上電的瞬間發生短路，通過充電浪涌抑制電路抑制充電浪涌電流。
[0011 ] 在上述技術方案的基礎上，所述充電浪涌抑制電路包括第一空氣斷路器Ql、第一充電接觸器KMl、分別串聯在三相線路中的充電電阻R5?R7、第二空氣斷路器Q2、第二充電接觸器KM2、分別串聯在三相線路中的充電電阻R8?R10、第三空氣斷路器Q3、第一移相變壓器Tl輔助繞組和第二移相變壓器T2輔助繞組，第一空氣斷路器Ql的輸入端與低壓380V電源相連接，第一空氣斷路器Ql的輸出端與第一充電接觸器KMl的輸入端連接，第一充電接觸器KMl的輸出分為兩條支路:第一條支路與分別串聯在三相線路中的電阻R5?R7、第二空氣斷路器Q2串聯，第二空氣斷路器Q2的輸出端與第一移相變壓器Tl的輔助繞組相連；第二條支路與第二充電接觸器KM2、分別串聯在三相線路中的電阻R8?R10、第三空氣斷路器Q3串聯，第三空氣斷路器Q3的輸出端與第二移相變壓器T2的輔助繞組相連。
[0012]在上述技術方案的基礎上，所述限流電阻R0、充電電阻R5?R7、R8?RlO均為功率波紋電阻，表面涂覆高阻燃無機涂層。
[0013]在上述技術方案的基礎上，所述移相變壓器副邊通過延邊三角形技術達到多重化整流的目的，各移相繞組角度差為60° /N，N為移相變壓器副邊繞組數量。
[0014]在上述技術方案的基礎上，N = 8時，對于副邊8繞組的移相變壓器，移相角度差為7.5° ;每個移相變壓器設置有I個原邊繞組、4個副邊移相繞組、I個與原邊同相低壓輔助繞組，Tl的4個移相繞組相對原邊繞組，移相角度分別為26.25° ,18.75°、
11.25°、3.75°，移相角度為26.25 °的繞組分別與功率單元Al、功率單元B1、功率單元Cl的輸入端連接，移相角度為18.75°的繞組分別與功率單元A2、功率單元B2、功率單元C2的輸入端連接，移相角度為11.25°的繞組分別與功率單元A3、功率單元B3、功率單元C3的輸入端連接，移相角度為3.75°的繞組分別與功率單元A4、功率單元B4、功率單元C4的輸入端連接；T2的4個移相繞組相對原邊繞組，移相角度分別為-3.75°、-11.25°、-18.75°、-26.25°，移相角度為-3.75°的繞組分別與功率單元A5、功率單元B5、功率單元C5的輸入端連接，移相角度為-11.25°的繞組分別與功率單元A6、功率單元B6、功率單元C6的輸入端連接，移相角度為-18.75°的繞組分別與功率單元A7、功率單元B7、功率單元C7的輸入端連接，移相角度為-26.25°的繞組分別與功率單元A8、功率單元B8、功率單元C8的輸入端連接。
[0015]在上述技術方案的基礎上，所述高壓變頻器的輸出由功率單元的輸出依次串聯組成:功率單元A1-A8串聯組成高壓變頻器A相輸出、功率單元B1-B8串聯組成高壓變頻器B相輸出、功率單元C1-C8串聯組成高壓變頻器C相輸出。
[0016]在上述技術方案的基礎上，T1、T2的原邊繞組并聯，并聯后與激磁浪涌抑制電路相連接；Τ1、Τ2的低壓輔助繞組分別與充電浪涌抑制電路相連接。
[0017]本發明還提供一種基于上述超大功率級聯型高壓變頻器的抑制浪涌的方法，包括以下步驟:
[0018]S1、首先對高壓變頻器進行功率單元預充電操作，閉合第一空氣斷路器Q1、第二空氣斷路器Q2、第三空氣斷路器Q3，接入低壓380V電源和Tl、T2的輔助繞組；整機控制單元發出預充電命令，閉合第二充電接觸器KM2，第一充電接觸器KMl隨后閉合，輔助繞組通電，移相繞組產生感應電壓，功率單元通過充電電阻R5?R7、R8?RlO緩慢給電容充電；第一充電接觸器KMl的控制線圈取第二充電接觸器KM2的常開觸點，第二充電接觸器KM2閉合后，第一充電接觸器KMl才會閉合；
[0019]S2、當電容電壓到達預設電壓值時，功率單元內部控制電源得電工作，通過光纖開始向上層整機控制單元發送信息，當上層控制單元檢測到電容電壓上升至額定工作電壓的預設比例時，發出預充電結束命令，第二充電接觸器KM2斷開，隨后第一充電接觸器KMl斷開；
[0020]S3、在確認預充電操作完成后，第一充電接觸器KM1、第二充電接觸器KM2處于斷開狀態，閉合高壓進線第一真空斷路器QFl，Tl和T2原邊繞組通過限流電阻RO接入高壓電源，移相變壓器原邊激磁浪涌得到有效抑制；
[0021]S4、第一真空斷路器QFl閉合一段時間后，第二真空斷路器QF2閉合，限流電阻RO
被短接。
[0022]在上述技術方案的基礎上，步驟S2中，所述預設電壓值為400V。
[0023]在上述技術方案的基礎上，步驟S2中，所述預設比例為80%。
[0024]在上述技術方案的基礎上，步驟S4中，所述第一真空斷路器QFl閉合的時間為2秒。
[0025]與現有技