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CN101106338A | 2008-01-16 | |||
CN101826804A | 2010-09-08 | |||
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权利要求书变 所一种全控整流装置, 包括: 三相全控整流桥( )、 直流滤波电容( )、 三 相桥式逆变器 ( ) 和 单元; 变 三相全控整流桥 ( ) 的直流输出端与直流滤波电容 ( ) 的两端及三相桥式 逆变器 ( ) 的直流电源输入端相连; 单元与三相全控整流桥 ( ) 的整流控制 端及三相桥式逆变器 ( ) 的逆变控制端相连; 所述三相全控整流桥 ( ) 的交流 输入端设有与所述 单元相连的电流互感器, 直流滤波电容 ( ) 的正、 负极之 间设有与所述 单元相连的电压传感器; 其特征在于: 变 在三相全控整流桥 ( ) 的任意两个交流输入端中的分别串接一软充电电路 ( ); 该软充电电路 ( ) 包括: 晶闸管 ( )、 与该晶闸管 ( ) 并联的限流电 阻 ( ); 变 所述三相全控整流桥( )包括三组 单元,各组 单元包括:上、下 模块, 各 模块包括: 和续流二极管, 该续流二极管的阳极接 的发射 极, 二极管的阴极接 的集电极, 各 的栅极即为所述三相全控整流桥 ( ) 的整流控制端; 上 模块中的 的发射极接下 模块中的 的集电极; 各上 模块中的 的集电极接所述直流滤波电容 ( ) 的正极, 各下 模块 中的 的发射极接所述直流滤波电容( )的负极;各组 单元中的上、下 模块的接点分别与三相交流电源中的一相相连; 变 当 单元通过所述电流互感器测得三相全控整流桥 ( ) 的交流输入端接通 三相交流电源时, 单元控制各晶闸管 ( ) 和各 模块中的 截止, 三相 全控整流桥 ( ) 处于不控整流状态; 交流电源经所述限流电阻 ( ) 和三相全控 整流桥 ( ) 中的各 模块的续流二极管对直流滤波电容 ( ) 进行预充电; 当 单元通过所述电压传感器测得直流滤波电容 ( ) 两端的直流电压 ( ) 稳定 后, 单元触发各晶闸管 ( ) 导通, 以旁路所述限流电阻 ( ); 变 当 单元开始控制三相全控整流桥( )工作于可控整流状态时, 单元通 过所述电流互感器检测三相全控整流桥( )的交流输入端的三相交流瞬时电流( 、 、 ); 变 当所述三相交流瞬时电流 ( 、 、 ) 的绝对值中的最大值 变變 , 且 该最大值对应的瞬时电流的方向是流入三相全控整流桥 ( ), 则 单元控制该最 大值对应的瞬时电流所在相上的所述下 模块中的 截止, 同时控制该相上 的所述上 模块的中 导通, 并控制其余两相上的所述上 模块中的 截止, 同时控制所述其余两相上的所述下 模块中的 导通; 变 当所述三相交流瞬时电流 ( 、 、 ) 的绝对值中的最大值 变變 , 且 该最大值对应的瞬时电流的方向是流出三相全控整流桥 ( ), 则 单元控制该最 大值对应的瞬时电流所在相上的所述上 模块中的 截止, 同时控制该相上 的所述下 模块中的 导通, 并控制其余两相上的所述下 模块中的 截止, 同时控制所述其余两相上的所述上 模块中的 导通; 变 所述 为所述三相全控整流桥 ( ) 中的 模块的保护限值。 变 |
本发明涉及全控整流的技术领域, 具体是一种全控整流装置及其整流限流方 法。 靠 背景技术
图 滤为背靠背三相桥式变流器, 其主体部分由三相桥式整流器 (即: 三相全 控整流桥 )、 直流滤波电容 、 三相桥式逆变器 组成, 此外还包括熔断器 等 辅助机构。 三相桥式整流器由 模块 ( β) 构成。 靠
如图波所示, 在三相全控整流桥 与交流母线合闸瞬间, 一方面, 由于直流 滤波电容 的电压不能突变, 且初始电压为直另一方面, 由于直流滤波电容 两 端的直流电压 尚未建立, 因此 模块 ( β) 不可控。 基于上述原因, 上 电之初, 交流电是通过所述 模块 ( ύ 中的续流二极管进行不控整流, 由于整个流通回路的阻抗较小, 而压差很大, 易形成较大的短路冲击电流, 此时 相当于将三相全控整流桥 短路。 由于成本问题, 不会按此瞬时冲击电流确定功 率单元构成部件。 但若不进行处理, 又必然造成器件损坏。 靠
此外, 要使得三相全控整流桥 工作在可控整流阶段, 所述直流电压 仍然 需要进行充电抬升, 此时需要将 模块进行解锁, 以进行高功率因数整流, 继 续对直流滤波电容 进行充电和稳压。 问题出现在解锁充电的瞬间, 流经三相全 控整流桥 的交流电流幅值陡增数十倍, 且直流电压 也出现过充和振荡稳定过 程。 此刻的交流电流对所述 模块构成了严重威胁。 因此, 在三相全控型整流 过程中, 从不控整流解锁切换至可控整流阶段时, 会出现大幅度过流失控的情况, 对功率器件构成了严重威胁。 原因分析: 解锁软充电电路瞬间, 软充电环节 两个晶闸管 已导通, 其影响可忽略。 假设此时交流侧 相电压最高, 、 均大于直如图容沂示, 由于同一桥臂的两个 ( ^口 * ¾ 和 ^ ^口 导 通和关断的逻辑互反 (防止同一桥臂两个 同时导通时造成的直流侧短路), 故假设此时 相桥臂 ¾¾止, 则 it通过 的续流二极管导通, 如图容听示, 若 相桥臂两管状态由 ^通切换至 ¾ 导通, 则将出现交流侧通过 ^生短路 的现象; 同理, 相桥臂 ^通时, ^口 发生短路的现象, 则电流 将突增; 若 相桥臂 导通, 当 ^由断切至通时, 同样会出现电流 大增现象。 靠 如何解决上述技术问题, 是本领域的技术难题。 短 发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种可防止在 三相全控整流桥与交流母线合 闸瞬间造成器件损坏的全控整流装置, 并提供一种适于在三相全控型整流过程中, 从不控整流解锁切换至可控整流阶段时, 防止出现大幅度过流失控的整流限流方 法。 短
为解决在三相全控整流桥与交流母线合闸瞬间 造成器件损坏的技术问题, 本 发明提供了一种全控整流装置, 其包括: 三相全控整流桥 、 直流滤波电容 、 三 相桥式逆变器 和 单元; 三相全控整流桥 的直流输出端与直流滤波电容 的两 端及三相桥式逆变器 的直流电源输入端相连; 单元与三相全控整流桥 的整流 控制端及三相桥式逆变器 的逆变控制端相连; 所述三相全控整流桥 的交流输入 端设有与所述 单元相连的电流互感器, 直流滤波电容 的正、 负极之间设有与 所述 单元相连的电压传感器; 其特征在于: 在三相全控整流桥 的任意两个交 流输入端中的分别串接一软充电电路 ; 该软充电电路 包括: 晶闸管 、 与该晶 闸管 并联的限流电阻 。 短
进一步, 所述三相全控整流桥 包括三组 单元, 各组 单元包括: 上、 下 模块, 各 模块包括: 和续流二极管, 该续流二极管的阳极接 的发射极, 二极管的阴极接 的集电极, 各 的栅极即为所述三相全控整流 桥 的整流控制端; 上 模块中的 的发射极接下 模块中的 的集电 极; 各上 模块中的 的集电极接所述直流滤波电容 的正极, 各下 模块 中的 的发射极接所述直流滤波电容 的负极; 各组 单元中的上、 下 模 块的接点分别与三相交流电源中的一相相连。 短
进一步, 当 单元通过所述电流互感器测得三相全控整流桥 的交流输入端 接通三相交流电源时, 单元控制各晶间管 和各 模块中的 截止, 三相 全控整流桥 处于不控整流状态; 交流电源经所述限流电阻 和三相全控整流桥 中 的各 模块的续流二极管对直流滤波电容 进行预充电; 当 单元通过所述电 压传感器测得直流滤波电容 两端的直流电压 稳定后, 单元触发各晶闸管 导通, 以旁路所述限流电阻 。 短
为解决在三相全控型整流过程中, 从不控整流解锁切换至可控整流阶段时出 现大幅度过流失控的技术问题, 本发明提供了一种基于上述三相全控整流装置 的 整流限流方法, 其特征在于 单元开始控制三相全控整流桥 工作于可控整 流状态时, 单元通过所述电流互感器检测三相全控整流桥 的交流输入端的三 相交流瞬时电流 、 、 。 辑
当所述三相交流瞬时电流 、 、 的绝对值中的最大值 辑辑 , 且该最大 值对应的瞬时电流的方向是流入三相全控整流 桥 , 则 单元控制该最大值对应 的瞬时电流 所在相上的所述下 模块中的 截止, 同时控制该相上的所述 上 模块中的 导通 (但此时该相电流主要由该上 模块中的续流二极管 流过), 并控制其余两相上的所述上 模块中的 截止, 同时控制该其余两相 上的所述下 模块中的 导通, 但此时该两相电流主要由下 模块中的续 流二极管流过。 辑
当所述三相交流瞬时电流 、 、 的绝对值中的最大值 辑辑 , 且该最大 值对应的瞬时电流的方向是流出三相全控整流 桥 , 则 单元控制该最大值对应 的瞬时电流所在相上的所述上 模块中的 截止, 同时控制该相上的所述下 模块中的 导通 (但此时该相电流主要由下 模块中的续流二极管流 过), 并控制其余两相上的所述下 模块中的 截止, 同时控制该其余两相上 的所述上 模块中的 导通 (但此时该两相电流主要由上 模块中的续流 二极管流过)。 辑
所述 为所述三相全控整流桥 中的 模块的保护限值, 该保护限值是 模块的产品参数, 可通过相应的检测或试验而得出。 辑 附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解, 下面根据的具体实施例并结合附 图, 对本发明作进一步详细的说明, 其中辑
图撒实施例 的背靠背三相全控桥变流器拓扑结构示意图。 辑
图微所述三相全控整流桥装置的结构示意图。 辑
图摘带软充电电路的三相全控整流桥装置的结 构示意图。 辑
图 三相全控桥整流过程的示意图, 其中, 由于 模块 ^¾ ^的 导 通, 导致 相与 相、 相与 相之间发生短路。 辑
图车 7三相全控整流桥的驱动逻辑的切换图。 辑
图 6为实施例 2中的背靠背单相全控桥变流器拓扑结构示意 。
图 7为单相全控整流桥桥臂短路过流示意图。 具体实 式
(实施例围 双
见图围 本实施例的三相全控整流装置包括: 三相全控整流桥 、 直流滤波电 容 、 三相桥式逆变器 和 单元; 三相全控整流桥 的直流输出端与直流滤波电 容 的两端及三相桥式逆变器 的直流电源输入端相连; 单元与三相全控整流桥 的整流控制端及三相桥式逆变器 的逆变控制端相连; 所述三相全控整流桥 的交 流输入端设有与所述 单元相连的电流互感器, 直流滤波电容 的正、 负极之间 设有与所述 单元相连的电压传感器。 双
在三相全控整流桥 的任意两个交流输入端中的分别串接一软充电 电路 ; 该 软充电电路 包括: 晶闸管 、 与该晶闸管 并联的限流电阻 。 双
所述三相全控整流桥 包括三组 单元, 各组 单元包括: 上、 下 模块, 各 模块包括: 和续流二极管, 该续流二极管的阳极接 的发射 极, 二极管的阴极接 的集电极, 各 的栅极即为所述三相全控整流桥 的整 流控制端; 上 模块中的 的发射极接下 模块中的 的集电极; 各上 模块中的 的集电极接所述直流滤波电容 的正极, 各下 模块中的 的发射极接所述直流滤波电容 的负极; 各组 单元中的上、 下 模块的接点 分别与三相交流电源中的一相相连。 双
当 单元通过所述电流互感器测得三相全控整流桥 的交流输入端接通三相 交流电源时, 单元控制各晶间管 和各 模块中的 截止, 三相全控整流 桥 处于不控整流状态; 交流电源经所述限流电阻 和三相全控整流桥 中的各 模块的续流二极管对直流滤波电容 进行预充电; 由于电阻 的存在, 限制了过冲 电流; 当 单元通过所述电压传感器测得直流滤波电容 两端的直流电压 稳定 后, 单元触发各晶闸管 导通, 以旁路所述限流电阻 。 此时由于所述直流电 压 存在一定的初始电压, 三相全控整流桥 两侧的压差较小, 从而使直流滤波电 容 的充电电流相对较小, 故而适于避免在三相全控整流桥与交流母线合 间瞬间造 成器件损坏。 双
本实施例的三相全控整流装置的整流限流方法 ,包括: 当 单元开始控制三 相全控整流桥 工作于可控整流状态时, 单元通过所述电流互感器检测三相全 控整流桥 的交流输入端的三相交流瞬时电流 、 、 。 双
当所述三相交流瞬时电流 、 、 的绝对值中的最大值 親 , 且该最大 瞬时电流的方向是流入三相全控整流桥 , 则 单元控制该最大瞬时电流所在相 上的所述下 模块中的 截止 (并控制该相的上 模块的 导通, 但此 时该相电流主要由该上 模块中的续流二极管流过), 并控制其余两相的所述上 模块中的 截止 (并控制该其余两相上的所述下 模块的 导通, 但 此时该两相电流主要由相应的下 模块中的续流二极管流过)。 辑
当所述三相交流瞬时电流 、 、 的绝对值中的最大值 辑辑 , 且该最大 值对应的瞬时电流的方向是流出三相全控整流 桥 , 则 单元控制该最大瞬时电 流所在相上的所述上 模块中的 截止 (并控制该相上的所述下 模块的 导通, 但此时该相电流主要由该相上的所述下 模块中的续流二极管流 过), 并控制其余两相上的所述下 模块中的 截止 (并控制该其余两相上的 所述上 模块的 导通, 但此时该其余两相电流主要由相应的上 模块中 的续流二极管流过)。 辑
所述 为所述三相全控整流桥 中的 模块的保护限值, 该保护限值是 模块的产品参数, 可通过相应的检测或试验而得出。 辑
所述晶闸管 采用一对反接的单向可控硅, 也可采用单个双向可控硅。 辑 本实施例的三相全控整流限流策略: 辑 令 为 相桥臂的开关函数, «辑辑 。 当 为», 相桥臂的上管导 通, 下管截止; 当 为难时, 相桥臂的上管截止, 下管导通。 辑
假设交流侧电流流入桥臂的方向为正, 并且令辑
辑 敏 ( , 辑 辑, ) 辑 辑 则令 为整流桥功率器件的保护限值, 若交流电流越限, 即辑
辑辑 辑辑 辑 辑 辑 辑 辑 辑 辑 辑 辑 则功率器件的开关控制策略可由正常的高功率 因数整流控制切换至辑 f ( 二 1
二 D isax — Las ' n f > L <0
二 1
辑辑 辑 辑 辑 状 其中, 繊 m , 繊 m , 繊 m , mm 互不相同。 短 上述式 »^ ^]含义是: 选择三相交流瞬时电流 、 、 绝对值中的最大 值 , 若交流电流越限, 即 短短 , 若 相电流值越限, 且若 短$胜 则 为但 和 为件 若 繊胜 则 为件 和 为但 短
分析其原
此时控制策略
此时电流 、 和 分别从的 < afP «续流二极管流过, 并且给电容 继 续充电, 如图若所示。 由于直流电容已有较高电压, 因此可迫使 迅速下降回到 限值范围以内。 该策略不仅可有效地限制三流三相充电电流, 并且可对电容器 进行平稳充电, 防止其振荡过程。 三相全控整流桥驱动逻辑的切换如图 又所示, 该逻辑还可用于整流桥正常高功率因数整过程 的过流抑制。 短
包含限流策略的三相全控型高功率因数整流桥 驱动逻辑图, 直流电压参 考值 "dc和测量值 &的偏差经过 环节处理后作为参考电流 轴分量 ¾ (有功 分量), 考电流 轴分量 1 (无功分量)取件 相电压测量值 经过 环节获取 电压相位信息, 、 根据 相电压相位信息通过 → 的坐标变换获得三相参 考电流 、 和 , 再与三相电流测量值 、 和 做差后, 进行 调制已得到高 功率因数整流驱动逻辑。 图 半部分分别通过求取三相电流测量值 、 和 的绝 对值和最大值, 再与整流桥功率器件的保护限值 做比较, 该逻辑作为切换逻辑, 以选择正常驱动策略还是限流保护策略。 短
图 ^, &一直流电压测量值, 一直流电压参考值, 相电压测量 值, 一锁相环, ——比例积分环节, 1=者电流 轴分 一参考电流 轴分量, 、 和 一 、 、 三相电流测量值, | 3 、 、 - 三相电流 参考值, 三相交流电流绝对值中的最大值, 整流桥功率器件的保护限值, 三相桥臂驱动逻辑。 短 (实施例仅 双
见图抑 本实施例的单相全控整流限流装置包括: 单相全控整流桥 、 直流滤 波电容 、 单相桥式逆变器 和 单元; 单相全控整流桥 的直流输出端与直流滤 波电容 的两端及单相桥式逆变器 的直流电源输入端相连; 单元与单相全控整 流桥 的整流控制端及单相桥式逆变器 的逆变控制端相连; 所述单相全控整流桥 的交流输入端设有与所述 单元相连的电流互感器, 直流滤波电容 的正、 负极 之间设有与所述 单元相连的电压传感器; 其特征在于: 在单相全控整流桥 的 交流输入端串接一软充电电路 ; 该软充电电路 包括: 晶闸管 、 与该晶闸管 并联的限流电阻 , 晶闸管 的门极与所述 单元相连。 单元包括至少一片 、 或单片机等只能控制芯片。 所述晶闸管 采用一对反接的单向可控硅, 也可采用单个双向可控硅。 双
所述单相全控整流桥 包括两组 单元, 各组 单元包括: 上、 下 模 块, 各 模块包括: 和续流二极管, 该续流二极管的阳极接 的发射极, 续流二极管的阴极接 的集电极, 各 的栅极即为所述单相全控整流桥 的整 流控制端; 上 模块中的 的发射极接下 模块中的 的集电极; 各上 模块中的 的集电极接所述直流滤波电容 的正极, 各下 模块中的 的发射极接所述直流滤波电容 的负极; 两组 单元中的上、 下 模块的接点 分别与交流电源中的火线与零线相连。 双
本实施例的单相全控整流限流装置的工作方法 , 其包括: 当 单元通过所述 电流互感器测得所述单相全控整流桥 的交流输入端接通交流电源时, 单元控 制所述晶间管 和各 模块中的 截止, 单相全控整流桥 处于不控整流状 态; 交流电源经所述限流电阻 和单相全控整流桥 中的各 模块的续流二极管 对直流滤波电容 进行预充电; 当 单元通过所述电压传感器测得直流滤波电容 两端的直流电压 稳定后, 单元触发所述晶闸管 导通, 以旁路所述限流电阻 。 双
当 单元开始控制单相全控整流桥 工作于可控整流状态时, 单元通过所 述电流互感器检测单相全控整流桥 的交流输入端的瞬时电流; 当所述瞬时电流的 绝对值 , 且该瞬时电流的方向是流入单相全控整流桥, 则 单元控制所述 左 单元中的上、 下 模块中的 分别导通和截止, 并控制所述右 单 元中的上、 下 模块的 分别截止和导通; 当所述瞬时电流的绝对值 , 且该瞬时电流的方向是流出单相全控整流桥 , 则 单元控制所述左 单元中 的上、 下 模块中的 分别截止和导通, 并控制所述右 单元中的上、 下 模块的 分别导通和截止;所述 为所述单相全控整流桥 中的 模块的 保护限值。 短
上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的 举例, 而并非是对本发明的实 施方式的限定。 对于所属领域的普通技术人员来说, 在上述说明的基础上还可以 做出其它不同形式的变化或变动。 这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。 而这些属于本发明的精神所引伸出的显而易见 的变化或变动仍处于本发明的保护 范围之中。 短 k应用性
( 1 ) 本发明的全控整流装置工作时, 当 CPU单元通过所述电流互感器测得 三相全控整流桥 A的交流输入端接通三相交流电源时, CPU单元控制各晶间管 Tr 和各 IGBT模块中的 IGTB截止,三相全控整流桥 A处于不控整流状态; 交流电源 经所述限流电阻 R和三相全控整流桥 A中各 IGBT模块中的续流二极管对直流滤 波电容 C进行预充电; 由于电阻 R的存在, 限制了过冲电流; 当 CPU单元通过所 述电压传感器测得直流滤波电容 C两端的直流电压 u dc 稳定后, CPU单元触发各晶 闸管 Tr导通, 以旁路所述限流电阻 R。此时由于所述直流电压 u dc 存在一定的初始 电压, 三相全控整流桥 A两侧的压差较小, 从而使直流滤波电容 C的充电电流相 对较小, 故而适于避免在三相全控整流桥与交流母线合 闸瞬间造成器件损坏。
(2) 为解决在三相全控型整流过程中, 从不控整流解锁切换至可控整流阶段 时出现大幅度过流失控的技术问题, 本发明采用了三相全控整流限流策略, 该策 略不仅可有效地限制三流三相充电电流, 并且可对电容器进行平稳充电, 防止其 振荡过程。 短
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