CN110336455B - 一种变流器软启动电路及启动方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种变流器软启动电路及启动方法。该变流器软启动装置包括第一充电模块和第二充电模块。其中，第一充电模块包括第一开关组、三相整流器和直流电容，所述第一开关组用于控制所述三相整流器将三相电流整流为直流电以将所述直流电容充电至第一电压；第二充电模块包括依次连接的交流输入接口电路、能量存储电路和控制开关组，所述控制开关组和能量存储电路连接有微处理器，所述微处理器用于提供第一脉宽控制信号，所述控制开关组根据所述第一脉宽控制信号控制能量存储电路将直流电容充电至第二电压。本发明实施例实现了变流器软启动时直流侧电容充电回路中电压冲击小，且降低直流侧电容充电回路中的冲击电流。

Description

一种变流器软启动电路及启动方法

技术领域

本发明实施例涉及电力电子技术，尤其涉及一种变流器软启动电路及启动方法。

背景技术

整流器作为将电能由交流变为直流的电源装置在各行各业的应用中都是必不可少的。在二十世纪七十年代，有人开始将PWM(Pulse Width Modulation,脉冲宽度调制)技术引入整流领域并取得了良好的效果。采用PWM整流可获得单位功率因数和正弦化输入电流。与相控整流相比，PWM整流器对电容、电抗器这类无源滤波元件或储能元件的需求大大降低，其动态性能也有很大的提高。

目前,普遍适用于变流器的软启动技术为，将三相或单相交流市电串联电阻后连接三相不可控整流桥交流端，整流后为直流侧电容充电。充电完成后，使IGBT(InsulatedGate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)根据变流器闭环控制的PWM逻辑进行导通或截止,以达到稳压目的。

此方法利用外部三相整流桥整流电路为直流侧电容充电，充电电压最大值只能达到三相交流电源相电压的

倍，在开启IGBT后，能使直流侧电容电压无冲击启动，但还是会有很大的冲击电流。

发明内容

本发明实施例提供一种变流器软启动电路及启动方法，以实现变流器软启动时直流侧电容电压无冲击，并且降低冲击电流。

为达此目的，本发明实施例提供了一种变流器软启动电路，该变流器软启动装置包括第一充电模块和第二充电模块，其中：

第一充电模块包括第一开关组、三相整流器和直流电容，第一开关组用于控制三相整流器将三相电流整流为直流电以将直流电容充电至第一电压；第二充电模块包括依次连接的交流输入接口电路、能量存储电路和控制开关组，控制开关组和能量存储电路连接有微处理器，微处理器用于提供第一脉宽控制信号，控制开关组根据第一脉宽控制信号控制能量存储电路将直流电容充电至第二电压。

进一步的，能量存储电路包括依次连接交流输入接口电路的LC电路和第一电压检测装置，LC电路用于存储电能，第一电压检测装置用于检测LC电路输出端的能量输出电压。

优选的，能量存储电路还包括连接交流输入接口电路的第二电压检测装置，第二电压检测装置用于检测LC电路输入端的能量输入电压。

进一步的，微处理器根据变流器的闭环控制脉冲宽度调制逻辑提供第一脉宽控制信号。

进一步的，控制开关组包括第一相半桥的开关、第二相半桥的开关以及第三相半桥的开关。

优选的，第一开关组和三相整流器之间串联有电阻。

本发明实施例还提供了一种变流器软启动方法，该方法包括：

闭合第一开关组使三相电流通过三相整流器，三相整流器将三相电流整流为直流电流给直流电容进行一次充电；

直流电容的电压达到第一预设电压后断开第一开关组；

根据预设的第一脉宽控制信号对控制开关组的开关导通或截止进行控制，以对直流电容进行二次充电。

直流电压二次充电达到第二预设电压值后，结束软启动。进一步的，根据预设的第一脉宽控制信号对控制开关组的开关导通或截止进行控制，以对直流电容进行二次充电包括：

控制所有控制开关组的开关处于截止状态；

通过第一电压检测装置检测三相交流电压的第一相电压过零点时刻；

在第一相电压过零点时刻开始的第一时间区间内，控制第二相半桥和第三相半桥的开关处于截止状态，控制第一相半桥的开关导通或截止以对直流电容进行第一阶段的二次充电。

进一步的，在第一相电压过零点时刻开始的第一时间区间内，控制第二相半桥和第三相半桥的开关处于截止状态，控制第一相半桥的开关导通或截止以对直流电容进行第一阶段的二次充电之后包括：

通过第一电压检测装置检测三相交流电压第二相电压过零点时刻；

在第二相电压过零点时刻开始的第二时间区间内，控制第三相半桥的开关处于截止状态，控制第一相半桥和第二相半桥的开关导通或截止以对直流电容进行第二阶段的二次充电。

进一步的，在第二相电压过零点时刻开始的第二时间区间内，控制第三相半桥的开关处于截止状态，控制第一相半桥和第二相半桥的开关导通或截止以对直流电容进行第二阶段的二次充电之后包括：

通过第一电压检测装置检测三相交流电压第三相电压过零点时刻；

在第三相电压过零点时刻开始的第三时间区间内，控制第一相半桥、第二相半桥和第三相半桥的开关导通或截止以对直流电容进行第三阶段的二次充电。

本发明实施采用第一开关组控制三相整流器将三相电流整流为直流电以将直流电容预充电至第一电压，采用控制开关组根据微处理器提供的第一脉宽控制信号控制能量存储电路将直流电容预充电至第二电压，完成变流器的软启动过程，解决了现有技术变流器启动过程中存在很大的冲击电流问题，实现了变流器软启动时直流侧电容充电回路中电压冲击小，且降低直流侧电容充电回路中的冲击电流。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的一种变流器软启动电路的示意图；

图2是本发明实施例二提供的一种变流器软启动电路的示意图；

图3是本发明实施例三提供的一种变流器软启动方法的流程图；

图4是本发明实施例三提供的一种变流器软启动方法中S300的具体流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

此外，术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种方向、动作、步骤或元件等，但这些方向、动作、步骤或元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个方向、动作、步骤或元件与另一个方向、动作、步骤或元件区分。举例来说，在不脱离本申请的范围的情况下，可以将第一速度差值称为第二速度差值，且类似地，可将第二速度差值称为第一速度差值。第一速度差值和第二速度差值两者都是速度差值，但其不是同一速度差值。术语“第一”、“第二”等不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

实施例一

如图1所示，本发明实施例一提供一种变流器软启动电路，包括第一充电模块和第二充电模块。

其中，第一充电模块包括第一开关组110、三相整流器120和直流电容130，第一开关组110用于控制三相整流器120将三相电流整流为直流电以将直流电容130充电至第一电压。第二充电模块包括依次连接的交流输入接口电路210、能量存储电路220和控制开关组230，控制开关组230和能量存储电路220连接有微处理器240，微处理器240用于提供第一脉宽控制信号，控制开关组230根据第一脉宽控制信号控制能量存储电路220将直流电容130充电至第二电压。

具体的，第一开关组110的一端连接三相整流器120，另一端连接交流输入接口电路210，三相整流器120的一端连接第一开关组110，另一端连接直流电容130，第一开关组110也连接至微处理器240。

本实施例中，交流输入接口电路210的电源连接后，微处理器240控制第一开关组110闭合，交流输入接口电路210提供三相电流输入三相整流器120和能量存储电路220。三相整流器120将输入的三相电流整流为直流电以将直流电容130充电至第一电压，第一电压的最大值可以为三相电流电压幅值的

倍。控制开关组230的开关为常断开状态，能量存储电路220将输入的三相电流进行存储，当微处理器240产生第一脉宽控制信号后，控制开关组230根据第一脉宽控制信号按预设逻辑使能控制开关组230的开关按预设顺序导通或截止，此时能量存储电路220存储的电能经过控制开关组230的整流后输入直流电容130，直到直流电容130充电至第二电压，第二电压值可以为该变流器正常工作时驱动负载所需的电压值或略低于正常工作时驱动负载所需的电压值，例如300-500V的直流高压，当直流电容130两端的电压值到达第二电压值，完成变流器的软启动，然后变流器在微处理器240的控制下将三相交流电持续转换为直流电驱动负载工作。

本发明实施采用第一开关组110控制三相整流器120将三相电流整流为直流电以将直流电容130预充电至第一电压，采用控制开关组230根据微处理器240提供的第一脉宽控制信号控制能量存储电路220将直流电容130预充电至第二电压，完成变流器的软启动过程，解决了现有技术变流器启动过程中存在很大的冲击电流问题，实现了变流器软启动时直流侧电容充电回路中电压冲击小，且降低直流侧电容充电回路中的冲击电流。

实施例二

如图2所示，本发明实施例二是在本发明实施例一中变流器软启动电路的基础上对该电路的进一步优化。

本实施例中，能量存储电路220包括连接交流输入接口电路210的LC电路221和第一电压检测装置222，LC电路221用于存储电能，第一电压检测装置222用于检测LC电路221输出端的能量输出电压。

优选的，能量存储电路220还包括连接交流输入接口电路210的第二电压检测装置223，用于检测LC电路221输入端的能量输入电压。

进一步的，微处理器240根据变流器的闭环控制脉冲宽度调制逻辑提供第一脉宽控制信号。

进一步的，控制开关组230包括并联在直流电容130两端第一相半桥的开关、第二相半桥的开关以及第三相半桥的开关。

优选的，第一开关组110和三相整流器120之间串联有电阻140。

具体的，第一相半桥的开关包括顺序连接在直流电容130两端之间的第一相半桥上桥臂231的开关和第一相半桥下桥臂232的开关，第一相半桥上桥臂231的开关和第一相半桥下桥臂232的开关之间的节点连接交流输入接口电路210的第一母线，第二相半桥的开关包括顺序连接在直流电容130两端之间的第二相半桥上桥臂233的开关和第二相半桥下桥臂234的开关，第二相半桥上桥臂233的开关和第二相半桥下桥臂234的开关之间的节点连接交流输入接口电路210的第二母线，第三相半桥的开关包括顺序连接在直流电容130两端之间的第三相半桥上桥臂235的开关和第三相半桥下桥臂236的开关，第三相半桥上桥臂235的开关和第三相半桥下桥臂236的开关之间节点连接交流输入接口电路210的第三母线，其中每个开关都为高频率的IGBT开关，每个开关都用于控制其所属半桥臂的二极管以实现电流的导通和截止。

本实施例中，当微处理器240按照变流器的闭环控制脉冲宽度调制逻辑产生第一脉宽控制信号和第二脉宽控制信号后，控制开关组230根据该第一脉宽控制信号控制所有控制开关组230的开关处于截止状态；第一电压检测装置222根据预设的采样周期检测三相交流电压的第一相电压过零点时刻；在第一相电压过零点时刻开始的第一时间区间内，控制第二相半桥上桥臂233的开关、第二相半桥下桥臂234的开关、第三相半桥上桥臂235的开关和第三相半桥下桥臂236的开关处于截止状态，控制第一相半桥上桥臂231的开关和第一相半桥下桥臂232的开关以第一脉宽控制信号的频率导通和截止以对直流电容130进行第一阶段的二次充电。然后通过第一电压检测装置222检测三相交流电压第二相电压过零点时刻，在第二相电压过零点时刻开始的第二时间区间内，控制第三相半桥上桥臂235的开关和第三相半桥下桥臂236的开关处于截止状态，控制第一相半桥上桥臂231的开关、第一相半桥下桥臂232的开关、第二相半桥上桥臂233的开关和第二相半桥下桥臂234的开关以第一脉宽控制信号的频率导通和截止以对直流电容130进行第二阶段的二次充电。然后通过第一电压检测装置222检测三相交流电压第三相电压过零点时刻；在第三相电压过零点时刻开始的第三时间区间内，控制第一相半桥上桥臂231的开关、第一相半桥下桥臂232的开关、第二相半桥上桥臂233的开关、第二相半桥下桥臂234的开关、第三相半桥上桥臂235的开关和第三相半桥下桥臂236的开关以第一脉宽控制信号的频率导通和截止以对直流电容130进行第三阶段的二次充电。其中，第一时间区间、第二时间区间和第三时间区间都属于同一个交流电压周期内。

其中，因LC电路221可以使信号中特定的频率成分通过，而极大地衰减其他频率成分，在LC电路221的输出端设置第一电压检测装置222进行检测，并反馈至微处理器240以调节驱动控制开关组230的第一脉宽控制信号的脉宽参数。在交流输入接口电路210和LC电路221之间还设置用于检测交流输入接口电路210的输入电压的第二电压检测装置223，也是为了及时检测到输入交流电的不稳定电压，以调整驱动控制开关组230的第一脉宽控制信号的脉宽参数。

本实施例中，交流输入接口电路210分别包括三个交流输入端，第一开关组110包括三个开关，每个开关串联在一个交流输入端和三相整流器120之间。三相整流器120可以是多个二极管组成的三相半桥整流电路或三相全桥整流电路。第一开关组110和三相整流器120之间串联有电阻140以保证不可控的三相变流器供给直流电容130的充电电流不会过大。本实施例包括三个电阻140，第一开关组110的每个开关和三相整流器120之间分别串联有一个电阻140。此外，变流器的闭环控制脉冲宽度调制逻辑为现有技术，本发明实施例不再赘述。

实施例三

如图3和图4所示，本发明实施例三在上述实施例基础上提供了一种变流器软启动方法，本实施例的方法应用于上述任一实施例的变流器软启动电路，该方法包括：

S100、闭合第一开关组使三相电流通过三相整流器，三相整流器将三相电流整流为直流电流给直流电容进行一次充电。

S200、直流电容的电压达到第一预设电压后断开第一开关组。本实施例第一电压可以为三相电流电压幅值的

倍。

S300、根据预设的第一脉宽控制信号对控制开关组的开关导通或截止进行控制，以对直流电容进行二次充电。本实施例的第一脉宽控制信号可以根据变流器的闭环控制进行脉冲宽度调整直流电容。

S400、直流电压二次充电达到第二预设电压值后，结束软启动。

具体的，S300、根据预设的第一脉宽控制信号对控制开关组的开关导通或截止进行控制，以对直流电容进行二次充电包括：

S310、控制所有控制开关组的开关处于截止状态。

S320、通过第一电压检测装置检测三相交流电压的第一相电压过零点时刻。

S330、在第一相电压过零点时刻开始的第一时间区间内，控制第二相半桥和第三相半桥的开关处于截止状态，控制第一相半桥的开关导通或截止以对直流电容进行第一阶段的二次充电。

S340、通过第一电压检测装置检测三相交流电压第二相电压过零点时刻。

S350、在第二相电压过零点时刻开始的第二时间区间内，控制第三相半桥的开关处于截止状态，控制第一相半桥和第二相半桥的开关导通或截止以对直流电容进行第二阶段的二次充电导通或截止。

S360、通过第一电压检测装置检测三相交流电压第三相电压过零点时刻。

S370、在第三相电压过零点时刻开始的第三时间区间内，控制第一相半桥、第二相半桥和第三相半桥的开关导通或截止以对直流电容进行第三阶段的二次充电导通或截止。

其中，第一时间区间、第二时间区间和第三时间区间都属于同一个交流电压周期内。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (9)

1.一种变流器软启动电路，其特征在于，包括：

第一充电模块，包括第一开关组、三相整流器和直流电容，所述第一开关组用于控制所述三相整流器将三相电流整流为直流电以将所述直流电容充电至第一电压；

第二充电模块，包括依次连接的交流输入接口电路、能量存储电路和控制开关组，所述控制开关组和能量存储电路连接有微处理器，所述微处理器用于提供第一脉宽控制信号，所述控制开关组根据所述第一脉宽控制信号控制能量存储电路将直流电容充电至第二电压；

所述能量存储电路包括依次连接交流输入接口电路的LC电路和第一电压检测装置，所述LC电路用于存储电能，所述第一电压检测装置用于检测LC电路输出端的能量输出电压；

所述第一电压检测装置根据预设的采样周期检测三相交流电压的第一相电压过零点时刻；在所述第一相电压过零点时刻开始的第一时间区间内，控制第二相半桥上桥臂的开关、第二相半桥下桥臂的开关、第三相半桥上桥臂的开关和第三相半桥下桥臂的开关处于截止状态，控制第一相半桥上桥臂的开关和第一相半桥下桥臂的开关以第一脉宽控制信号的频率导通和截止以对直流电容进行第一阶段的二次充电。

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述能量存储电路包括依次连接交流输入接口电路的LC电路和第一电压检测装置，所述LC电路用于存储电能，所述第一电压检测装置用于检测LC电路输出端的能量输出电压。

3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述能量存储电路还包括连接交流输入接口电路的第二电压检测装置，所述第二电压检测装置用于检测LC电路输入端的能量输入电压。

4.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述微处理器根据变流器的闭环控制脉冲宽度调制逻辑提供第一脉宽控制信号。

5.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述控制开关组包括并联在所述直流电容两端第一相半桥的开关、第二相半桥的开关以及第三相半桥的开关。

6.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述第一开关组和三相整流器之间串联有电阻。

7.一种变流器软启动方法，其特征在于，包括：

闭合第一开关组使三相电流通过三相整流器，所述三相整流器将所述三相电流整流为直流电流给直流电容进行一次充电；

直流电容的电压达到第一预设电压后断开第一开关组；

根据预设的第一脉宽控制信号对控制开关组的开关导通或截止进行控制，以对直流电容进行二次充电；

直流电压二次充电达到第二预设电压值后，结束软启动；

所述根据预设的第一脉宽控制信号对控制开关组的开关导通或截止进行控制，以对直流电容进行二次充电包括：

控制所有控制开关组的开关处于截止状态；

通过第一电压检测装置检测三相交流电压的第一相电压过零点时刻；

在所述第一相电压过零点时刻开始的第一时间区间内，控制第二相半桥和第三相半桥的开关处于截止状态，控制第一相半桥的开关导通或截止以对直流电容进行第一阶段的二次充电。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在所述第一相电压过零点时刻开始的第一时间区间内，控制第二相半桥和第三相半桥的开关处于截止状态，控制第一相半桥的开关导通或截止以对直流电容进行第一阶段的二次充电之后包括：

通过所述第一电压检测装置检测三相交流电压第二相电压过零点时刻；

在所述第二相电压过零点时刻开始的第二时间区间内，控制所述第三相半桥的开关处于截止状态，控制所述第一相半桥和第二相半桥的开关导通或截止以对直流电容进行第二阶段的二次充电。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在所述第二相电压过零点时刻开始的第二时间区间内，控制所述第三相半桥的开关处于截止状态，控制所述第一相半桥和第二相半桥的开关导通或截止以对直流电容进行第二阶段的二次充电之后包括：

通过所述第一电压检测装置检测三相交流电压第三相电压过零点时刻；

在所述第三相电压过零点时刻开始的第三时间区间内，控制所述第一相半桥、第二相半桥和第三相半桥的开关导通或截止以对直流电容进行第三阶段的二次充电。

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