一種電力有源濾波器的直流保護電路的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開一種電力有源濾波器的直流保護電路，包括防止直流母線電壓過高損壞IPM的放電保護回路和在系統關機、斷電后，對直流儲能電容放電的斷電泄能回路，放電保護回路設置在與正負直流母線相連的直流電容C7兩端；包括放電電阻R7、放電開關Q7，檢測模塊和控制模塊，放電電阻和放電開關串連后并聯在直流電容C7兩端，檢測模塊檢測直流電容C7兩端的電壓與控制模塊相連，控制模塊判斷到檢測模塊輸出的電壓大于設定值時產生控制信號控制所述的放電開關閉合；斷電泄能回路包括并聯在直流電容C7兩端的斷電泄能電阻R9，斷電泄能電阻R9遠大于放電電阻R7。在直流母線電壓高于設定值時放電保護回路導通放電，在開關機后通過斷電泄能回路泄能。
【專利說明】
一種電力有源濾波器的直流保護電路
技術領域
[0001] 本實用新型涉及電力有源濾波器領域，特別涉及一種在電力有源濾波器中對連接 到直流母線上的直流電容進行保護的直流保護電路。
【背景技術】
[0002] 電力有源濾波器(APF:Active power filter)是一種用于動態抑制諧波、補償無 功的新型電力電子裝置，它能夠對不同大小和頻率的諧波進行快速跟蹤補償，之所以稱為 有源，是相對于無源LC濾波器，只能被動吸收固定頻率與大小的諧波而言，APF可以通過采 樣負載電流并進行各次諧波和無功的分離，控制并主動輸出電流的大小、頻率和相位，并且 快速響應，抵銷負載中相應電流，實現了動態跟蹤補償，而且可以既補諧波又補無功和不平 衡。
[0003] 有源濾波器同無源濾波器比較，治理效果好，主要可以同時濾除多次及高次諧波， 不會引起諧振，但是價位相對高。目前的有源濾波器均以低壓為主，高壓有源濾波器技術已 經成熟，但是實際應用安全系數很低，國際普遍做法是以變壓器升壓，來保證可靠性，國家 相關部門也要求以變壓器升壓的形式和有源濾波器結合，治理高壓諧波。
[0004] 有源濾波器的原理:有源電力濾波器通過電流互感器檢測負載電流，并通過內部 DSP計算，提取出負載電流中的諧波成分，然后通過PWM信號發送給內部IGBT，控制逆變器產 生一個和負載諧波電流大小相等，方向相反的諧波電流注入到電網中，達到濾波的目的。
[0005] 直流母線電壓Ud過會高損壞IPM，另外，系統停機、斷電后，出于安全考慮，直流儲 能電容的能量必須在規定的時間內泄放完畢。
【發明內容】
[0006] 本實用新型的目的是提供一種直流保護電路，對直流儲能電容進行保護。
[0007] 本實用新型為實現其發明目的所采用的技術方案是一種電力有源濾波器的直流 保護電路，包括防止直流母線電壓Ud過高損壞IPM的放電保護回路和在系統關機、斷電后， 對直流儲能電容放電的斷電泄能回路，所述的放電保護回路設置在與正負直流母線相連的 直流電容C7兩端;包括放電電阻R7、放電開關Q7，檢測模塊和控制模塊，所述的放電電阻和 放電開關串連后并聯在直流電容C7兩端，所述的檢測模塊檢測所述的直流電容C7兩端的電 壓與所述的控制模塊相連，所述的控制模塊判斷到檢測模塊輸出的電壓大于設定值時產生 控制信號控制所述的放電開關閉合;所述的斷電泄能回路包括并聯在直流電容C7兩端的斷 電泄能電阻R9,所述的斷電泄能電阻R9遠大于放電電阻R7。
[0008] 在直流母線電壓高于設定值時放電保護回路導通放電，在開關機后通過斷電泄能 回路泄能。
[0009] 進一步的，上述的電力有源濾波器的直流保護電路中：所述的放電開關Q7為放電 IGBT，放電IGBT的源極端通過放電電阻R7接直流電容C7的陽極，放電IGBT的漏極端接直流 電容C7的陰極。
[0010] 進一步的，上述的電力有源濾波器的直流保護電路中：還包括對所述的放電IGBT 進行驅動的驅動電路，所述的驅動電路包括三極管Q1、三極管Q2和三極管Q3;所述的控制模 塊通過隔離光耦U1接三極管Q1的基極，三極管Q1的集電極通過集電極電阻R2接高電平，三 極管Q1的發射極接地;三極管Q1的集電極分別與三極管Q2和三極管Q3的基極相連，三極管 Q2的集電極接高電平，三極管Q2的發射極接三極管Q3的集電極，三極管Q3的發射極接地;三 極管Q2的發射極與三極管Q3的集電極連接處接放電IGBT的柵極。
[0011] 以下將結合附圖和實施例，對本實用新型進行較為詳細的說明。
【附圖說明】
[0012] 圖1是本實用新型原理電路圖。
[0013] 圖2是本實用新型IGBT驅動電路原理圖。
【具體實施方式】
[0014] 本實施例是一種電力有源濾波器中，直流保護的電路，如圖1所示，包括兩部分，其 一是放電保護回路，防止直流母線電壓Ud過高損壞IPM，其二是斷電泄能回路，用于系統關 機、斷電后，直流儲能電容放電。
[0015] 利用一個電壓檢測模塊對直流母線放電保護回路對Ud進行實時檢測，檢測模塊中 有一個檢測電阻R8,電壓檢測也就是對直流電容C7兩端的電壓進行實時檢測，當Ud多 800V，控制模塊控制開通放電Q7，Q7是一個IGBT，使電容C7通過放電電阻R7進行放電；當Ud 彡700V，控制模塊控制關斷放電IGBT。放電IGBT的額定電流取為IC=150A，額定電壓UCES = 1200V，則初始放電電流I c = 150A，放電電阻計算如下：
[0016]
[0017] 實際中取R = 6Q。
[0018] RC電路滿足以下方程：
[0019]
[0020]其中，初始電壓 1]。= 800￥，11。= 700^ = 2011^，1? = 6〇，可解得七=161118。
[0021 ]由上可見，R7值越小，放電越快，瞬時放電電流也越大，放電電阻的散熱要求和 IGBT電流定額都要相應提高，從而導致成本上升。R7值的選取需要折衷考慮放電時間t和放 電電流I兩方面的因素。實際中R = 6Q，采用專用的電機啟動電阻。
[0022]實際系統直流放電采用的是IGBT，其額定電流、電壓分別為300A、1200V。由于此電 路對IGBT的損耗、開關速度等性能要求不高，選型是比較容易的。IGBT的驅動電路圖如圖2 所示。這個驅動電路由三極管Q1、三極管Q2和三極管Q3組成，首先三極管Q1的基極通過隔離 光耦U1接收由控制模塊產生的控制信號，然后通過由三極管Q2和三極管Q3組成的推挽電路 對IGBT進行驅動，另外，在實踐電路中三極管一般需要有基極電阻、集電極電阻和發射極電 阻等如電阻R1、電阻R2和電阻R3,還有一些寄生電容如電容C1、電容C2。
[0023]系統停機、斷電后，出于安全考慮，直流儲能電容的能量必須在規定的時間內泄放 完畢。因此，有一個斷電泄能回路設置在直流電容C7的兩端，它是一個并聯在電容C7兩端的 電阻R9。對于RC-階電路的零輸入響應，工程上一般認為經過(3τ~5τ)時間過渡過程即告 結束，假設本系統的放電時間t = 120s，于是有
[0024] 3i = 3RC = t
[0025] 其中，C = 20mF，t = 120s，可解得R = 2kQ。電阻消耗的功率為
[0026]
[0027]顯然，減小R9可以加快放電過程，方便調試，但損耗會上升。為了減小電阻發熱和 損耗，實際中采用一個10kQ，lkW的電阻固定于裝置內。但為了調試方便，可以在裝置外部 再并聯一個2kQ，lkW的電阻，以加快放電速度。最終取值需要綜合考慮放電時間和損耗兩 方面的影響。因此，R9應該遠大于R7。
【主權項】
1. 一種電力有源濾波器的直流保護電路，包括防止直流母線電壓過高損壞IPM的放電 保護回路和在系統關機、斷電后，對直流儲能電容放電的斷電泄能回路，其特征在于： 所述的放電保護回路設置在與正負直流母線相連的直流電容C7兩端；包括放電電阻 R7、放電開關Q7,檢測模塊和控制模塊，所述的放電電阻和放電開關串連后并聯在直流電容 C7兩端，所述的檢測模塊檢測所述的直流電容C7兩端的電壓與所述的控制模塊相連，所述 的控制模塊判斷到檢測模塊輸出的電壓大于設定值時產生控制信號控制所述的放電開關 閉合； 所述的斷電泄能回路包括并聯在直流電容C7兩端的斷電泄能電阻R9,所述的斷電泄能 電阻R9遠大于放電電阻R7。2. 根據權利要求1所述的電力有源濾波器的直流保護電路，其特征在于:所述的放電開 關Q7為放電IGBT，放電IGBT的源極端通過放電電阻R7接直流電容C7的陽極，放電IGBT的漏 極端接直流電容C7的陰極。3. 根據權利要求2所述的電力有源濾波器的直流保護電路，其特征在于:還包括對所述 的放電IGBT進行驅動的驅動電路，所述的驅動電路包括三極管Q1、三極管Q2和三極管Q3; 所述的控制模塊通過隔離光耦U1接三極管Q1的基極，三極管Q1的集電極通過集電極電 阻R2接高電平，三極管Q1的發射極接地;三極管Q1的集電極分別與三極管Q2和三極管Q3的 基極相連，三極管Q2的集電極接高電平，三極管Q2的發射極接三極管Q3的集電極，三極管Q3 的發射極接地;三極管Q2的發射極與三極管Q3的集電極連接處接放電IGBT的柵極。
【文檔編號】H02M1/32GK205622497SQ201620353329
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2016年4月25日
【發明人】王國慶, 錢志剛, 劉鎮浩
【申請人】深圳索瑞德電子有限公司