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Title:
FULLY CONTROLLED RECTIFIER DEVICE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2012/097529
Kind Code:
A1
Abstract:
A fully controlled rectifier device includes a three-phase fully controlled rectifier bridge (A), a DC filter capacitor (C), a three-phase bridge inverter (B) and a central processing unit (CPU). Current transformers are provided at the AC input terminals of the three-phase fully controlled rectifier bridge (A), and a voltage sensor connected with the CPU is provided between the positive electrode and the negative electrode of the DC filter capacitor (C). Soft charging circuits (D) including a thyristor (Tr) and a current-limiting resistor (R) which is connected in parallel with the thyristor (Tr) are respectively connected in series in any two AC input terminals of the three-phase fully controlled rectifier bridge (A). The fully controlled rectifier device can prevent elements from damaging at the moment that the three-phase fully controlled rectifier bridge (A) and an AC bus are switched in. With the use of the fully controlled rectifier device, the rectifier bridge (A) can be switched from non-controlled rectifying to controllable rectifying, so as to prevent the occurrence of over-current.

Inventors:
YANG ZHENYU (CN)
YU JIANYANG (CN)
XU ZHEN (CN)
Application Number:
PCT/CN2011/070802
Publication Date:
July 26, 2012
Filing Date:
January 30, 2011
Export Citation:
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Assignee:
CHANG ZHOU CURRENT SUPPLY COMPANY OF JIANGSU ELECTRIC POWER COMPANY (CN)
YANG ZHENYU (CN)
YU JIANYANG (CN)
XU ZHEN (CN)
International Classes:
H02M5/458
Foreign References:
CN101106338A2008-01-16
CN101826804A2010-09-08
CN2218990Y1996-01-31
CN201467067U2010-05-12
Attorney, Agent or Firm:
CHANGZHOU JIANGHAI YANGGUANG INTELLECTUAL PROPERTY AGENCY LTD. (CN)
常州市江海阳光知识产权代理有限公司 (CN)
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Claims:
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

Description:
全控整流装置 技术领域

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