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
【技術領域】
[0001]本實用新型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】
[0002]我國能源生產和能源消費已列世界前茅，但是仍滿足不了工業生產和人民生活發展的需要，所以在能源非常緊張的今天，如何節約能源變得非常重要。而我國工業用高壓大功率交流電機目前大部分采用直接恒速拖動，能源浪費巨大。如采用采用變頻調速技術運行，節能效果非常的明顯。因此，高壓大容量交流電機變頻調速節能系統的研發及應用，對我國工業降低單產能耗具有重大意義。
[0003]200KW的大中功率的傳動設備占市場的70 %以上，國內電壓等級為6KV和1KV，由于受功率器件的耐壓水平和載流能力的限制，此電壓等級的高壓變頻器多采用多電平變換及相關技術，其中單相H橋級聯多電平逆變器由于控制相對簡單，不用考慮中點電壓平衡問題，易于實現多電平，改善輸出電壓諧波，方便模塊化設計等優點，在工業上獲得不錯的應用效果。
[0004]H橋級聯多電平逆變器采用多組低電壓小功率IGBT構成的功率單元串聯形成高壓輸出，由于采用的是功率單元串聯，因此不存在元件之間的動態和靜態均壓問題，并且功率單元是模塊化的結構，便于更換和維護。各功率單元由一個多繞組的隔離變壓器供電，并以高速微處理器和光纖實現控制和通訊。
[0005]由于采用多個功率單元串聯構成高壓輸出的方式，功率單元的故障率是最高的。有效地保護功率單元穩定可靠的運行是非常必要的，單元旁路技術由此應運而生。
[0006]高壓變頻器功率單元旁路裝置是用于實現故障情況下高壓變頻器仍可以切除故障單元繼續工作，完成現場生產任務的目的。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，經常由于高頻率、高變化率dv/dt的脈沖電壓導致晶閘管誤導通，這對帶負荷運行的高壓變頻器是非常危險的，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現單元旁路。
[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通；晶閘管開通速度極快，一般在微秒內開通、關斷，無觸點運行、無火花、無噪聲、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增加一個常開點，故障時切換為常閉點;將故障單元切除，將故障單元相鄰的兩個單元輸出串聯在一起，構成新的連接。
[0009]由于單元旁路系統是確保高壓變頻器可靠性的裝置，因此單元旁路系統的可靠性要高于變頻器整體水平。關于旁路系統的可靠性設計需要被特殊關注。如果供電電路采用雙路冗余供電方式，當其中一路故障時，立即可以切換備用的另一路，不影響旁路系統使用。【實用新型內容】
[0010]本實用新型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，具體實現方式是采用了雙路供電冗余設計方式，保證了單元旁路裝置的可靠性優于功率單元。本實用新型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現單元旁路功能。
[0011 ]為實現上述目的，本實用新型通過以下技術方案實現:
[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、晶閘管驅動板、晶閘管及其反向并聯的二極管整流橋，所述的雙路供電AC/DC電源為晶閘管驅動板提供電源，晶閘管驅動板通過光纖與單元控制板進行通訊；晶閘管驅動板與晶閘管相連接，控制晶閘管的開斷;配有二極管整流橋的晶閘管并聯在高壓變頻器功率單元輸出端，當功率單元內IGBT、整流模塊等器件出現故障時，實現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電源由兩路互相獨立的供電電路組成，具體包括變壓器、由二極管構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連接，在電容濾波電路的輸出端設有二極管穩壓電路，兩路輸出端相并聯連接，通過二極管作為切換開關，實現雙路供電冗余結構；當使用的主供電電路故障時，瞬間切換至備用電路，保證旁路裝置安全穩定運行。
[0014]所述的晶閘管配有可有效吸收晶閘管動作時產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H橋功率單元包括熔斷器、整流模塊、直流濾波電容、IGBT構成的H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，當功率單元內部器件發生故障時，可以有效熔斷，保證變壓器二次側繞組的安全；
[0017]所述整流模塊是兩個二極管串聯在一起，并且由三個整流模塊構成三相不可控整流電路，將輸入交流整流成脈動直流；
[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成分，使其變得平滑；
[0019]所述IGBT構成的H橋電路，是由四只或其倍數的IGBT構成的H橋逆變電路，按照對角IGBT開通關斷順序，實現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存的電壓，該回路一般是由一只大功率放電電阻串聯在功率單元直流母線實現，對于直流母線電壓有特殊要求的負載，該電路也可以在放電電阻上串聯一只可控IGBT，當直流母線電壓超過一定程度時，可以設定該IGBT導通，及時瀉放電壓；
[0021]所述功率單元控制電路具體包括供電電源、控制電路、驅動電路；
[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，通過內部變換，穩定輸出一定電壓，為控制電路和驅動電路供電；
[0023]控制電路包括通訊電路、故障檢測、直流母線電壓檢測、顯示電路等電路，是功率單元的控制核心，并且與上一級控制機進行實時通訊；
[0024]驅動電路用于驅動IGBT，并檢測IGBT的工作狀態，在IGBT異常狀態下可以有效實現保護功能。
[0025]本實用新型的有益效果是:根據本實用新型的技術方案，由于采用了雙路供電冗余設計，具有更高的可靠性，提高了高壓變頻器整機運行穩定性。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。
【附圖說明】
[0026]圖1是本實用新型的系統結構圖。
[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撲圖。
[0029]圖4-1是晶閘管內部結構圖。
[0030]圖4-2是晶閘管等效電路圖。
[0031]圖5是多電平級聯式高壓變頻器原理示意圖。
[0032]圖6是多電平級聯式高壓變頻器輸出波形。
[0033]圖7是標準功率單元拓撲。
【具體實施方式】
[0034]下面結合附圖對本實用新型的具體技術方案進行進一步詳細描述。
[0035]見圖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、晶閘管驅動板、晶閘管及其反向并聯的二極管整流橋，所述的雙路供電AC/DC電源為晶閘管驅動板提供電源，晶閘管驅動板通過光纖與單元控制板進行通訊；晶閘管驅動板與晶閘管相連接，控制晶閘管的開斷;配有二極管整流橋的晶閘管并聯在高壓變頻器功率單元輸出端，當功率單元內IGBT、整