專利名稱：一種高壓變頻器的旁路裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高壓變頻器旁路技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高壓變頻器 的旁路裝置。
背景技術(shù)：
受功率器件耐壓限制，以及為了進(jìn)一步抑制輸入輸出諧波含量，
高壓變頻器一般釆用單元串聯(lián)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如圖1所示，每相由N(N 為大于等于2的正整數(shù))個(gè)功率單元串聯(lián)而成。每個(gè)功率單元相當(dāng)于 一個(gè)三相輸入、單相輸出的交-直-交低壓變頻器，功率單元由隔離變 壓器提供電源，如圖2所示，經(jīng)過下述環(huán)節(jié)輸出單相交流變頻電源 經(jīng)過快速熔斷器進(jìn)入輸入端R、 S、 T輸入三相電壓，快速熔斷器安 裝在功率單元進(jìn)線側(cè)并與交流電源連接，用于功率單元的電流速斷保
護(hù)，即在電流過大的情況下斷開連接，由R、 S、 T輸入三相電壓經(jīng)
過下述環(huán)節(jié)輸出單相交流變頻電源二極管全橋整流，用于將輸入的
三相工頻電源進(jìn)行整流，得到直流電壓；電容濾波，用于濾除直流電
壓中的紋波成分、H橋式絕緣柵雙極型晶體管逆變輸出，用于將直流
逆變?yōu)樽冾l單相交流電源。
功率單元串聯(lián)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的高壓變頻器由于功率器件多，故障點(diǎn)增
加，而高壓變頻器驅(qū)動(dòng)的負(fù)載在生產(chǎn)中都非常關(guān)鍵， 一旦高壓變頻器 發(fā)生故障停機(jī)，將對(duì)用戶造成重大損失。為了提高這種結(jié)構(gòu)高壓變頻 器的可靠性， 一般功率單元旁路安裝在功率單元內(nèi)，多釆用在每個(gè)功 率單元上并聯(lián)一個(gè)旁路電路，在高壓變頻器運(yùn)行過程中出現(xiàn)故障時(shí)， 高壓變頻器可以旁路故障功率單元，由其它正常功率單元繼續(xù)串聯(lián)運(yùn) 行。旁路電路的控制電源取自功率單元內(nèi)部。 一般的功率單元旁路電 路的控制電源取自功率單元本身，當(dāng)功率單元內(nèi)發(fā)生熔斷器故障、或控制電源出現(xiàn)故障、通訊故障時(shí)，故障功率單元將失去控制，無法實(shí) 現(xiàn)旁路，變頻器只能停機(jī)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種高壓變頻器的旁路裝置，該旁路裝置可 保證功率單元發(fā)生任何重故障時(shí)均能可靠旁路。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
提供一種高壓變頻器的旁路裝置，所述裝置包括主回路，所述 主回路的兩端分別與功率單元的單相全橋逆變電路的兩個(gè)輸出端連 接，所述主回路中包括旁路開關(guān)；控制器，與所述旁路開關(guān)連接，用 于根據(jù)功率單元故障信號(hào)控制所述旁路開關(guān)的通或斷；控制電源，用
于驅(qū)動(dòng)所述旁路開關(guān)進(jìn)行通或斷，所述控制電源取自功率單元外接獨(dú) 立電源或所述功率單元中熔斷器前端的交流電源。 其中，所述旁路開關(guān)為可控硅。
其中，所述主回路由4個(gè)二極管和1個(gè)可控硅組成，其中第l二 極管的正極與第2 二極管的負(fù)極與所述單相全橋逆變電路的一個(gè)輸 出端連接，第3 二極管的正極與第4 二極管的負(fù)極與所述單相全橋逆 變電路的另一個(gè)輸出端連接，第1 二極管和第3 二極管的負(fù)極接入可 控硅的正極，第2二極管與第4二極管的正極接入可控硅的負(fù)極；功 率單元正常工作時(shí)，所述可控硅處于斷開狀態(tài)，主回路為開路；控制 器接收到功率單元故障信號(hào)時(shí)，發(fā)送控制信號(hào)，由控制電源驅(qū)動(dòng)所述 可控硅導(dǎo)通，導(dǎo)通后由所述可控硅與所述4個(gè)二極管組成雙向?qū)ɑ?路，使功率單元中單相全橋逆變電路輸出側(cè)短路。
其中，所述旁路開關(guān)為接觸器，包括接觸器開關(guān)和接觸器線圈， 所述接觸器開關(guān)的兩端分別與單相全橋逆變電路輸出側(cè)兩端連接，所 述接觸器開關(guān)的狀態(tài)由接觸器線圈是否通電控制，所述接觸器的線圈 是否通電由控制器控制；功率單元正常工作時(shí)，所述接觸器的線圈不 通電，主回路為開路；控制器接收到功率單元故障信號(hào)時(shí)，控制所述接觸器的線圈通電，由控制電源驅(qū)動(dòng)所述接觸器閉合，使功率單元中 單相全橋逆變電路輸出側(cè)短路。
其中，所述旁路開關(guān)為絕緣柵雙極型晶體管。
其中，所述主回路由4個(gè)二極管和1個(gè)絕緣柵雙極型晶體管組成， 其中第5二極管正極與第6二極管的負(fù)極與所述單相全橋逆變電路的
一個(gè)輸出端連接，第7 二極管的正極與第8 二極管的負(fù)極與所述單相 全橋逆變電路的另 一個(gè)輸出端連接，第5 二極管和第7 二極管的負(fù)極 接入絕緣柵雙極型晶體管的正極，第6 二極管與第8 二極管的正極接 入可控的負(fù)極；功率單元正常工作時(shí)，所述絕緣柵雙極型晶體管處于 關(guān)閉狀態(tài)，主回路為開路；控制器接收到功率單元故障信號(hào)時(shí)，發(fā)送 控制信號(hào)由控制電源驅(qū)動(dòng)絕緣柵雙極型晶體管導(dǎo)通，導(dǎo)通后由絕緣柵 雙極型晶體管與所述4個(gè)二極管組成雙向?qū)ɑ芈?，使功率單元中?相全橋逆變電路輸出側(cè)短路。
其中，所述主回路由2個(gè)反向串聯(lián)的絕緣柵雙極型晶體管組成， 第1絕緣柵雙極型晶體管的集電極與單相全橋逆變電路的一個(gè)輸出 端連接，第2絕緣柵雙極型晶體管的集電極與單相全橋逆變電路的另 一個(gè)輸出端連接，第1絕緣柵雙極型晶體管的發(fā)射極與第2絕緣柵雙 極型晶體管的發(fā)射極連接；功率單元正常工作時(shí)，所述2個(gè)反向串聯(lián) 的絕緣柵雙極型晶體管處于關(guān)閉狀態(tài)，主回路為開路；控制器接收到 功率單元故障信號(hào)時(shí)，發(fā)送控制信號(hào)由控制電源驅(qū)動(dòng)絕緣柵雙極型晶 體管導(dǎo)通，所述單相全橋逆變電路輸出側(cè)輸出正半波信號(hào)時(shí)，第l絕 緣柵雙極型晶體管與第2絕緣柵雙極型晶體管的續(xù)流二極管組成回 路，所述單相全橋逆變電路輸出側(cè)輸出負(fù)半波信號(hào)時(shí)，第2絕緣柵雙
極型晶體管與第1絕緣柵雙極型晶體管的續(xù)流二極管組成回路，使功 率單元中單相全橋逆變電路輸出側(cè)短路。
其中，所述功率單元被包裝在箱體內(nèi)，所述旁路裝置安裝在所述 箱體內(nèi)或所述箱體外。利用本發(fā)明的高壓變頻器的旁路裝置，具有以下優(yōu)點(diǎn)
1、 控制電源取自功率單元外部，當(dāng)高壓變頻器的功率單元內(nèi)部 發(fā)生兩相熔斷器故障、控制電源故障、通訊故障時(shí)，故障功率單元在
失去控制的情況下不受影響，也可以實(shí)現(xiàn)功率單元旁路；
2、 可根據(jù)需要釆用多種旁路方式。


圖i為現(xiàn)有技術(shù)中高壓變頻器中功率單元串聯(lián)結(jié)構(gòu)示意圖2為高壓變頻器中功率單元的原理圖； 圖3為本發(fā)明高壓變頻器旁路裝置與功率單元連接示意圖； 圖4為本發(fā)明高壓變頻器的旁路裝置中單只可控硅旁路方式； 圖5為本發(fā)明高壓變頻器的旁路裝置中接觸器旁路方式； 圖6為本發(fā)明高壓變頻器的旁路裝置中單只IGBT旁路方式； 圖7為本發(fā)明高壓變頻器的旁路裝置中兩只IGBT相對(duì)串聯(lián)旁路 方式。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提出的高壓變頻器的旁路裝置，結(jié)合附圖和實(shí)施例說明如下。
如圖2所示為高壓變頻器中功率單元的原理圖，每個(gè)功率單元相 當(dāng)于一個(gè)三相輸入、單相輸出的交-直-交低壓變頻器，功率單元由隔 離變壓器提供電源，經(jīng)過快速熔斷器進(jìn)入輸入端R、 S、 T輸入三相電 壓，快速熔斷器用于功率單元電流速斷保護(hù)，即在電流過大的情況下 斷開電路連接，輸入端R、 S、 T輸入三相電壓后經(jīng)過下述環(huán)節(jié)輸出單 相交流變頻電源二極管全橋整流，用于將輸入的三相工頻電源進(jìn)行 整流，得到直流電壓；電容濾波，用于濾除直流電壓中的紋波成分、 H橋式絕緣柵雙極型晶體管IGBT逆變輸出，H橋式逆變電路由絕緣柵 雙極型晶體管Q1、 Q2、 Q3、 Q4構(gòu)成，本實(shí)施例中將該電路部分稱為 單相全橋逆變電路，該電路的作用是將濾波后的直流逆變?yōu)樽冾l單相交流電源。
如圖3所示為本發(fā)明高壓變頻器旁路裝置與功率單元連接示意
圖，該旁路裝置包括與功率單元的單相全橋逆變電路連接的主回路，
該主回路直接并聯(lián)在單相全橋逆變電路輸出側(cè)L1、 L2上，主回路中 連接有旁路開關(guān)，旁路開關(guān)與控制器連接，該旁路開關(guān)在正常運(yùn)行時(shí) 斷開，當(dāng)功率單元發(fā)生故障時(shí)，由控制器控制將其閉合，確保高壓變
頻器維持連續(xù)運(yùn)行，本發(fā)明旁路裝置的控制電源取自外接獨(dú)立電源或 功率單元中熔斷器前端的交流電源，用于驅(qū)動(dòng)旁路開關(guān)導(dǎo)通或斷開。
本發(fā)明中旁路開關(guān)可以釆用不同的開關(guān)器件并在主回路中連接 其它器件實(shí)現(xiàn)不同的旁路方式，下面結(jié)合

本發(fā)明不同旁路方 式的具體實(shí)施方式
。
本實(shí)施例中旁路開關(guān)為可控硅K，主回路由四個(gè)二極管和1個(gè)可 控硅K組成，如圖4所示為本發(fā)明高壓變頻器的旁路裝置中單只可 控硅旁路方式，可控硅K的驅(qū)動(dòng)由控制器控制，功率單元正常工作 時(shí)，可控硅K處在關(guān)閉狀態(tài)，旁路裝置為開路；當(dāng)功率單元出現(xiàn)故 障時(shí)，功率單元將自動(dòng)封鎖輸出使其停止工作，控制器接收到功率單 元故障信號(hào)，此時(shí)，控制器將發(fā)出信號(hào)，由控制電源驅(qū)動(dòng)可控硅導(dǎo)通, 由可控硅K和二極管組成的旁路裝置可雙向?qū)ǎ乖摴β蕟卧?輸出端L1、 L2處于短路狀態(tài)，保證變頻器輸出暢通，維持變頻器的 連續(xù)工作。
本實(shí)施例中的旁路開關(guān)可以為接觸器，如圖5所示為本發(fā)明高壓 變頻器的旁路裝置中接觸器旁路方式，接觸器線圈KM由控制器控 制，正常工作時(shí)，接觸器線圈KM不通電，接觸器開關(guān)KN斷開而使 主回路開路，旁路裝置為開路狀態(tài)；當(dāng)功率單元出現(xiàn)故障時(shí)，功率單 元將自動(dòng)封鎖輸出使其停止工作，控制器接收到功率單元故障信號(hào)， 此時(shí)，控制器將發(fā)出信號(hào)，使控制電源為接觸器線圈KM通電，接觸 器開關(guān)KN閉合，使該功率單元的輸出端L1、 L2處于短路狀態(tài)，保證變頻器輸出暢通，維持變頻器的連續(xù)工作。
本實(shí)施例中的旁路開關(guān)為單只絕緣柵雙極型晶體管IGBT，如圖
6所示為本發(fā)明高壓變頻器的旁路裝置中單只IGBT旁路方式，旁路 裝置的主回路由四個(gè)二極管和1個(gè)絕緣柵雙極型晶體管Q5組成，絕 緣柵雙極型晶體管IGBT的通斷狀態(tài)由控制器控制，功率單元正常工 作時(shí)，IGBT處在關(guān)閉狀態(tài)，旁路裝置的主回路為開路；當(dāng)功率單元 出現(xiàn)故障時(shí)，功率單元將自動(dòng)封鎖輸出使其停止工作，控制器接收到 功率單元故障信號(hào)，此時(shí)，控制器將發(fā)出信號(hào)，由控制電源驅(qū)動(dòng)IGBT 導(dǎo)通，由IGBT和二極管組成的旁路裝置可雙向?qū)ǎ乖摴β蕟卧?的輸出端L1、 L2處于短路狀態(tài)，保證變頻器輸出暢通，維持變頻器 的連續(xù)工作。
如圖7所示為本發(fā)明高壓變頻器的旁路裝置中兩只IGBT相對(duì)串 聯(lián)旁路方式，兩只絕緣柵雙極型晶體管Q6、 Q7的開閉均由控制器控 制，功率單元正常工作時(shí)，兩只IGBT處在閉合狀態(tài)，旁路裝置的主 回路為開路；當(dāng)功率單元出現(xiàn)故障時(shí)，功率單元將自動(dòng)封鎖輸出使其 停止工作，控制器接收到功率單元故障信號(hào)，此時(shí)，控制器將發(fā)出信 號(hào)，驅(qū)動(dòng)IGBT導(dǎo)通，單相全橋逆變電路輸出側(cè)Ll、 L2輸出正半波 時(shí)，上臂絕緣柵雙極型晶體管Q6和下臂絕緣柵雙極型晶體管Q7的 續(xù)流二極管組成回路，單相全橋逆變電路輸出側(cè)L1、 L2輸出下半波 時(shí)，下臂絕緣柵雙極型晶體管Q7和絕緣柵雙極型晶體管Q6的續(xù)流 二極管組成回路，使該功率單元的輸出端L1、 L2處于短路狀態(tài)，保 證變頻器輸出暢通，維持變頻器的連續(xù)工作。
本實(shí)施例中的高壓變頻器被包裝在箱體內(nèi)，旁路裝置安裝在箱體 內(nèi)，也可安裝在箱體外。
控制器為高壓變頻器的核心控制部分，其芯片可以是單片機(jī)，也 可以是數(shù)字信號(hào)處理器DSP。
本實(shí)施例中的控制電源取自功率單元外部，當(dāng)高壓變頻器的功率
10單元內(nèi)部發(fā)生兩相熔斷器故障、控制電源故障、通訊故障時(shí)，故障功 率單元在失去控制的情況下不受影響，也可以實(shí)現(xiàn)功率單元旁路。
以上實(shí)施方式僅用于說明本發(fā)明，而并非對(duì)本發(fā)明的限制，有關(guān) 技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下， 還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術(shù)方案也屬于本發(fā)明 的范疇，本發(fā)明的專利保護(hù)范圍應(yīng)由權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1. 一種高壓變頻器的旁路裝置，其特征在于，所述裝置包括主回路，所述主回路的兩端分別與功率單元的單相全橋逆變電路的兩個(gè)輸出端連接，所述主回路中包括旁路開關(guān)；控制器，與所述旁路開關(guān)連接，用于根據(jù)功率單元故障信號(hào)控制所述旁路開關(guān)的通或斷；控制電源，用于驅(qū)動(dòng)所述旁路開關(guān)進(jìn)行通或斷，所述控制電源取自功率單元外接獨(dú)立電源或所述功率單元中熔斷器前端的交流電源。
2、 如權(quán)利要求i所述的高壓變頻器的旁路裝置，其特征在于， 所述旁路開關(guān)為可控硅。
3、 如權(quán)利要求2所述的高壓變頻器的旁路裝置，其特征在于， 所述主回路由4個(gè)二極管和l個(gè)可控硅組成，其中第1 二極管的正極 與第2 二極管的負(fù)極與所述單相全橋逆變電路的 一個(gè)輸出端連接，第 3 二極管的正極與第4 二極管的負(fù)極與所述單相全橋逆變電路的另一 個(gè)輸出端連接，第1二極管和第3二極管的負(fù)極接入可控硅的正極， 第2 二極管與第4 二極管的正極接入可控硅的負(fù)極；功率單元正常工作時(shí)，所述可控硅處于斷開狀態(tài)，主回路為開路； 控制器接收到功率單元故障信號(hào)時(shí)，發(fā)送控制信號(hào)，由控制電源 驅(qū)動(dòng)所述可控硅導(dǎo)通，導(dǎo)通后由所述可控硅與所述4個(gè)二極管組成雙 向?qū)ɑ芈?，使功率單元中單相全橋逆變電路輸出?cè)短路。
4、 如權(quán)利要求1所述的高壓變頻器的旁路裝置，其特征在于， 所述旁路開關(guān)為接觸器，包括接觸器開關(guān)和接觸器線圈，所述接觸器 開關(guān)的兩端分別與單相全橋逆變電路輸出側(cè)兩端連接，所述接觸器開 關(guān)的狀態(tài)由接觸器線圈是否通電控制，所述接觸器的線圈是否通電由 控制器控制；功率單元正常工作時(shí)，所述接觸器的線圈不通電，主回路為開路； 控制器接收到功率單元故障信號(hào)時(shí)，控制所述接觸器的線圈通電，由控制電源驅(qū)動(dòng)所述接觸器閉合，使功率單元中單相全橋逆變電 路輸出側(cè)短路。
5、 如權(quán)利要求1所述的高壓變頻器的旁路裝置，其特征在于， 所述旁路開關(guān)為絕緣柵雙極型晶體管。
6、 如權(quán)利要求5所述的高壓變頻器的旁路裝置，其特征在于，所述主回路由4個(gè)二極管和l個(gè)絕緣柵雙極型晶體管組成，其中第5 二極管正極與第6 二極管的負(fù)極與所述單相全橋逆變電路的一個(gè)輸 出端連接，第7 二極管的正極與第8 二極管的負(fù)極與所述單相全橋逆 變電路的另 一個(gè)輸出端連接，第5 二極管和第7 二極管的負(fù)極接入絕 緣柵雙極型晶體管的正極，第6 二極管與第8 二極管的正極接入可控 的負(fù)極；功率單元正常工作時(shí)，所述絕緣柵雙極型晶體管處于關(guān)閉狀態(tài)， 主回路為開路；控制器接收到功率單元故障信號(hào)時(shí)，發(fā)送控制信號(hào)由控制電源驅(qū) 動(dòng)絕緣柵雙極型晶體管導(dǎo)通，導(dǎo)通后由絕緣柵雙極型晶體管與所述4 個(gè)二極管組成雙向?qū)ɑ芈?，使功率單元中單相全橋逆變電路輸出?cè)
7、 如權(quán)利要求5所述的高壓變頻器的旁路裝置，其特征在于， 所述主回路由2個(gè)反向串聯(lián)的絕緣柵雙極型晶體管組成，第1絕緣柵 雙極型晶體管的集電極與單相全橋逆變電路的一個(gè)輸出端連接，第2 絕緣柵雙極型晶體管的集電極與單相全橋逆變電路的另一個(gè)輸出端 連接，第1絕緣柵雙極型晶體管的發(fā)射極與第2絕緣柵雙極型晶體管 的發(fā)射極連接；功率單元正常工作時(shí)，所述2個(gè)反向串聯(lián)的絕緣柵雙極型晶體管 處于關(guān)閉狀態(tài)，主回路為開路；控制器接收到功率單元故障信號(hào)時(shí)，發(fā)送控制信號(hào)由控制電源驅(qū) 動(dòng)絕緣柵雙極型晶體管導(dǎo)通，所述單相全橋逆變電路輸出側(cè)輸出正半波信號(hào)時(shí)，第1絕緣柵雙極型晶體管與第2絕緣柵雙極型晶體管的續(xù) 流二極管組成回路，所述單相全橋逆變電路輸出側(cè)輸出負(fù)半波信號(hào) 時(shí)，第2絕緣柵雙極型晶體管與第1絕緣柵雙極型晶體管的續(xù)流二極 管組成回路，使功率單元中單相全橋逆變電路輸出側(cè)短路。
8、如權(quán)利要求1所述的高壓變頻器的旁路裝置，其特征在于， 所述功率單元被包裝在箱體內(nèi)，所述旁路裝置安裝在所述箱體內(nèi)或所述箱體外。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高壓變頻器的旁路裝置，包括主回路，主回路的兩端分別與功率單元的單相全橋逆變電路的兩個(gè)輸出端連接，所述主回路中包括旁路開關(guān)，所述旁路開關(guān)與控制器連接；控制器，用于根據(jù)功率單元故障信號(hào)控制所述旁路開關(guān)的通或斷；控制電源，用于驅(qū)動(dòng)所述旁路開關(guān)進(jìn)行通或斷，所述控制電源取自功率單元外接獨(dú)立電源或所述功率單元中熔斷器前端的交流電源。本發(fā)明高壓變頻器的旁路裝置的控制電源取自單元外部，當(dāng)高壓變頻器的功率單元內(nèi)部發(fā)生兩相熔斷器故障、控制電源故障、通訊故障時(shí)，故障功率單元在失去控制的情況下不受影響，也可以實(shí)現(xiàn)功率單元旁路。
文檔編號(hào)H02M1/32GK101299572SQ200810112400
公開日2008年11月5日 申請(qǐng)日期2008年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月23日
發(fā)明者陳秋泉 申請(qǐng)人:北京合康億盛科技有限公司