CN102394554A - 一种具有冗余控制功能的功率单元旁路电路 - Google Patents

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杨轶成
黄韬
霍利杰
丁明进
王前双
刘春松
李冰
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Abstract

本发明公开了一种具有冗余控制功能的功率单元旁路电路，包括并联在功率单元单相逆变输出U、V端的通用接触器和旁路冗余控制电路，其特征在于，所述旁路冗余控制电路包括单元控制板、接触器线圈控制电源变换电路和接触器线圈冗余控制电路；所述接触器线圈冗余控制电路包括接触器驱动电路和接触器冗余控制电路，所述接触器驱动电路包括单元控制板，单元控制板给出的旁路命令驱动一继电器，所述继电器的一组常开触点串联在接触器控制线圈回路中；所述接触器冗余控制电路是指将接触器的第二常开辅助触点与串联在接触器控制线圈回路中的继电器一组常开触点并联。本发明的旁路控制电路可以保证功率单元在任何时候发生任何故障均能可靠旁路运行。

Description

一种具有冗余控制功能的功率单元旁路电路
技术领域
本发明涉及高压变频器功率单元旁路控制领域，更具体的说，涉及一种具有冗余控制功能的功率单元旁路电路。
背景技术
随着高压变频器在电力、冶金、石油、化工等关系重大场合的节能技术广泛应用，对高压变频器的稳定可靠运行提出了更高的要求。由若干个独立的功率单元串联的级联式高压变频器以其谐波小、单元可方便快速互换、可批量生产、维护方便等优点，受到了国内外各行业越来越多的青睐，显示出了广阔的推广前景。因此对单元级联式高压变频器的稳定性和可靠性提出了更高的要求。
单元级联式高压变频器的每一相是由若干功率单元串联构成，用到的功率器件众多，从而导致故障点倍增，而高压变频器的负载在生产中都非常关键，只要其中一个功率单元中的器件出现故障不能正常运行，就导致高压变频器装置输出缺相，不能正常运行，甚至跳机，这给生产安全带来了极大的隐患，同时也给用户带来不可估量的经济损失。为了提高这种拓扑结构高压变频器的可靠性，采用功率单元旁路装置，当一个或多个单元故障时，迅速有效地将故障单元切除，由其它正常功率单元继续满载或降额运行，大大挺高了高压变频器的可靠性和安全性。
功率单元旁路装置控制的可靠性直接影响高压变频器装置的性能。目前功率单元旁路方式主要有两种，如图1采取二极管和晶闸管（如可控硅）构成的旁路方式和如图2、图3采用接触器为旁路开关的旁路方式。晶闸管旁路方式结构简单、体积小、重量轻，但抗干扰性能差，容易误导通，可靠性低。功率单元接触器旁路方式以其具有明显的断开点、抗干扰性能强、选配安装方面等优点越来越受到用户及厂家的青睐。
现有的接触器旁路控制方式主要有两种，一种是采用图2接触器线圈集中控制方式，该控制方式要求另外增加单独的接触器控制检测板，接触器触点与线圈之间要求具备很高的绝缘耐压，市场上普通常用的接触器产品不能满足其要求，需要进行二次改装或定制的特殊设计，导致成本高且可靠性得不到保证。另一种是采用图3的接触器线圈分布式控制，每个接触器的控制和检测通过各个功率单元独立完成，这样有效的降低了成本。但该方式的接触器控制电源取至模块内部，若运行过程中出现缺相、或内部控制板电源故障时，接触器旁路装置将失去控制，无法保证继续旁路运行，导致变频器非正常停机。
发明内容
本发明的目的在于解决现有旁路控制技术中存在的问题，提供一种具有冗余控制功能的功率单元旁路电路，该旁路控制电路可以保证功率单元在任何时候发生任何故障均能可靠旁路运行。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案，提供了一种具有冗余控制功能的功率单元旁路电路，包括并联在功率单元单相逆变输出U、V端的通用接触器和旁路冗余控制电路，其特征在于，所述旁路冗余控制电路包括单元控制板、接触器线圈控制电源变换电路和接触器线圈冗余控制电路；所述接触器线圈冗余控制电路包括接触器驱动电路和接触器冗余控制电路，所述接触器驱动电路包括单元控制板，单元控制板给出的旁路命令驱动一继电器，所述继电器的一组常开触点串联在接触器控制线圈回路中；所述接触器冗余控制电路是指将接触器的第二常开辅助触点与串联在接触器控制线圈回路中的继电器一组常开触点并联。
前述的一种具有冗余控制功能的功率单元旁路电路，其特征在于：所述接触器线圈冗余控制电路还包括旁路成功反馈检测电路，所述旁路成功反馈检测电路是指与单元控制板连接的接触器的第一常开辅助触点。
前述的一种具有冗余控制功能的功率单元旁路电路，其特征在于：所述接触器线圈控制电源变换电路为单相隔离降压变压器，单相隔离降压变压器输入端与功率单元输入熔断器前任两相连接，所述单相隔离降压变压器的副边绕组输出一端直接与接触器的线圈连接，另一端与接触器线圈控制驱动电路连接。
前述的一种具有冗余控制功能的功率单元旁路电路，其特征在于：所述接触器线圈控制电源变换电路为AC/DC变换电路，所述AC/DC变换电路输入与功率单元输入熔断器前任两相连接，所述AC/DC变换电路的输出正极端与接触器线圈正极直接相连，另负极端与接触器线圈控制驱动电路连接。
本发明的有益效果是：接触器线圈控制电源取自功率单元输入前端，对接触器各方面性能没有特殊要求；当功率单元发生两相熔断器故障或旁路运行中发生控制电源或旁路控制回路器件损坏故障，仍能保证故障单元可靠旁路，高压变频器装置持续稳定运行。
附图说明
图1为现有技术中的功率单元可控硅旁路电路原理图；
图2为现有技术中的功率单元接触器旁路电路原理图；
图3为现有技术中的另一种功率单元接触器旁路电路原理图；
图4为本发明第一实施例的功率单元接触器旁路冗余控制电路原理图；
图5为本发明第二实施例的功率单元接触器旁路冗余控制电路原理图；
图6A为本发明第一实施例在单元有故障情况下正常旁路原理图；
图6B为本发明第一实施例在旁路状态再次发生故障旁路原理图。
具体实施方式
如图3所示，为现有接触器线圈分布控制旁路方式，当发生两相熔丝断缺相故障、旁路运行过程中再发生旁路控制板供电电源故障或旁路控制回路器件（如继电器K1）损坏，旁路接触器不能动作或动作之后不能有效持续保持，导致级联型高压变频器装置的可靠性得不到保证。
如图4所示，为本发明第一实施例电路原理图，接触器旁路冗余控制电路由接触器、接触器线圈控制电源变换电路、线圈冗余控制电路构成。包括并联在功率单元单相逆变输出U、V端的通用接触器和旁路冗余控制电路，所述旁路冗余控制电路包括单元控制板、接触器线圈控制电源变换电路和接触器线圈冗余控制电路；所述接触器线圈冗余控制电路包括接触器驱动电路和接触器冗余控制电路，所述接触器驱动电路包括单元控制板，单元控制板给出的旁路命令驱动一继电器，所述继电器的一组常开触点串联在接触器控制线圈回路中；所述接触器冗余控制电路是指将接触器的第二常开辅助触点与串联在接触器控制线圈回路中的继电器一组常开触点并联。所述接触器线圈冗余控制电路还包括旁路成功反馈检测电路，所述旁路成功反馈检测电路是指与单元控制板连接的接触器的第一常开辅助触点。所述接触器线圈控制电源变换电路为单相隔离降压变压器，单相隔离降压变压器输入端与功率单元输入熔断器前任两相连接，所述单相隔离降压变压器的副边绕组输出一端直接与接触器的线圈连接，另一端与接触器线圈控制驱动电路连接。
功率单元正常工作时，由于功率单元控制板没给旁路指令，继电器K1常开触点断开，则接触器线圈KM不得电，接触器的主触点KM1处于断开状态，旁路装置开路。
如图6A当功率单元出现故障（如驱动故障、过温故障等），单元控制板立即封锁单相H逆变桥开关器件Q1～Q4的驱动信号将其关断；再发旁路指令驱动继电器K1线圈动作，继电器K1常开触点转换为常闭，接触器线圈得电，其主触点KM1闭合，将功率单元输出U、V短路；接触器辅助常开触点KM11闭合，反馈回单元控制板判断旁路成功；与继电器K1常开触点并联的接触器辅助常开触点KM21闭合，接触器线圈KM的控制电源同时通过继电器K1常开触点和接触器辅助常开触点KM21形成回路。
如图6A功率单元成功旁路，级联型高压变频器装置继续正常运行，故障旁路单元再发生输入熔丝两相缺相或控制电源故障，单元控制板失电，旁路指令无效不受控使得继电器K1线圈失电，继电器K1闭合的常开触点又断开；如图6B所示，此时功率单元旁路接触器KM线圈由其冗余的辅助触点KM21构成控制电回路，使接触器的主触点KM1、辅助触点KM11、KM21保持闭合状态，即高压变频器能继续正常运行，大大的提高了级联型高压变频器的可靠性和稳定性。
图5为本发明第二实施例电路原理图。图5第二实施例与图4第一实施例的区别在于：将单相隔离降压变压器TM替换为单相AC/DC变换电路。这两种实施例的工作原理完全相同，这里不再赘述；他们的主要区别在于：图4所示旁路开关采用的是交流接触器，其控制电源简单可靠；而图5所示旁路开关为线圈直流控制型接触器，该方式接触器动作更快，更能保证功率单元旁路装置快速进入冗余控制状态。
以上实施例仅用于说明本发明，并不以此限定本发明的保护范围。本领域技术人员基于本发明技术方案所做的等效变换，均属于本发明保护范围之内。

Claims (4)

1.一种具有冗余控制功能的功率单元旁路电路，包括并联在功率单元单相逆变输出U、V端的通用接触器和旁路冗余控制电路，其特征在于，所述旁路冗余控制电路包括单元控制板、接触器线圈控制电源变换电路和接触器线圈冗余控制电路；所述接触器线圈冗余控制电路包括接触器驱动电路和接触器冗余控制电路，所述接触器驱动电路包括单元控制板，单元控制板给出的旁路命令驱动一继电器，所述继电器的一组常开触点串联在接触器控制线圈回路中；所述接触器冗余控制电路是指将接触器的第二常开辅助触点与串联在接触器控制线圈回路中的继电器一组常开触点并联。
2.根据权利要求1所述的一种具有冗余控制功能的功率单元旁路电路，其特征在于：所述接触器线圈冗余控制电路还包括旁路成功反馈检测电路，所述旁路成功反馈检测电路是指与单元控制板连接的接触器的第一常开辅助触点。
3.根据权利要求1所述的一种具有冗余控制功能的功率单元旁路电路，其特征在于：所述接触器线圈控制电源变换电路为单相隔离降压变压器，单相隔离降压变压器输入端与功率单元输入熔断器前任两相连接，所述单相隔离降压变压器的副边绕组输出一端直接与接触器的线圈连接，另一端与接触器线圈控制驱动电路连接。
4.根据权利要求1所述的一种具有冗余控制功能的功率单元旁路电路，其特征在于：所述接触器线圈控制电源变换电路为AC/DC变换电路，所述AC/DC变换电路输入与功率单元输入熔断器前任两相连接，所述AC/DC变换电路的输出正极端与接触器线圈正极直接相连，另负极端与接触器线圈控制驱动电路连接。
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