CN110971116A - 一种电压源型逆变器的软启动电路及软启动方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电压源型逆变器的软启动电路及软启动方法，包括分别与三相主电源连接的三相全桥晶闸管整流器，以及与三相全桥晶闸管整流器输出端连接的储能电解电容，还包括连接于三相中的任意两相上的软启动交流接触器、与软启动交流接触器串联并且与储能电解电容并联的变压整流电路、以及用于驱动三相全桥晶闸管整流器并控制软启动交流接触器的断开、闭合的数字控制单元。本发明具有无冲击电流、对电网适应性强以及软启动期间谐波含量小、功率因数高等优点。

Description

一种电压源型逆变器的软启动电路及软启动方法
技术领域
本发明涉及逆变器技术领域，尤其涉及一种电压源型逆变器的软启动电路及软启动方法。
背景技术
因为电容的储能密度远远大于电感储能密度，所以同样容量的电压源型逆变器体积、重量比电流源型小；并且电流源型逆变器比电压源型逆变器需要更多数量的功率器件，如常采用全控器件(如IGBT、MOSFET)串联二极管的方式才能满足要求，而且二极管通态压降大；所以电压源型逆变器比电流源型逆变器应用范围更广。
当前现有技术中，电压源型逆变器的软启动电路及软启动方法一般为两种：
图1和图2为第一种技术方案，主要由软启动电阻、与软启动电阻并联的软启动开关(晶闸管、接触器等)以及三相全桥二极管整流器组成软启动电路，该种方式启动之前先将通过软启动限流电阻和二极管整流器对直流母线电容充电，当母线电容的电压值达到一定的阈值时，软启动开关合闸将软启动电阻旁路，这种方式在软启动开关合闸的瞬间，在主电路回路中产生很大的冲击电流，会严重影响功率器件正常使用寿命。
图3为第三种技术方案，主要由三相全桥可控整流器和相序检测电路组成软启动电路，该种方式在软启动期间通过改变晶闸管触发角的方式来给电容缓慢充电，直到电容的电压值充至额定值；相序检测电路只有在电网电压波形比较好的条件下才有很高的检测精度，在电网电压波形比较恶劣的使用环境中，相序检测精度不高会引起晶闸管触发角失控从而导致晶闸管软启动失效。软启动失效会导致主回路中产生很大的冲击电流，严重影响晶闸管正常使用并且可以产生严重的电磁干扰影响电网中其他设备的工作。
发明内容
本发明提供了一种电压源型逆变器的软启动电路及软启动方法，用以解决软启动开关合闸的瞬间大冲击电流的问题，以及采用晶闸管可控整流方式来缓慢升高储能电容中的电压，需要相序检测电路对电网电压质量要求高的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种电压源型逆变器的软启动电路，包括分别与三相主电源连接的三相全桥晶闸管整流器，以及与三相全桥晶闸管整流器输出端连接的储能电解电容，还包括连接于三相中的任意两相上的软启动交流接触器、与软启动交流接触器串联并与储能电解电容并联的变压整流电路、以及用于驱动三相全桥晶闸管整流器并控制软启动交流接触器的断开、闭合的数字控制单元。
优选地，变压整流电路，包括升压变压器、软启动限流电阻和单相全桥二极管整流器；
单相全桥二极管整流器的输出端分别连接于储能电解电容的两端，单相全桥二极管整流器的输入端经软启动限流电阻连接升压变压器的副边；
升压变压器的原边与软启动交流接触器的两相输出连接。
优选地，数字控制单元还用于采样三相进线主电源的两相线电压有效值大小和三相全桥晶闸管整流器输出的直流母线电压平均值大小；并在当直流母线电压平均值大于某一阈值条件时，数字控制单元控制断开软启动交流接触器，并同时发出六路连续的脉冲串驱动三相全桥晶闸管整流器。
优选地，某一阈值条件为：直流母线电压平均值大于三相进线主电源的两相线电压有效值大小的预定倍数。
优选地，数字控制单元还用于发出六路脉冲串驱动三相全桥晶闸管整流器的晶闸管，以控制任一时刻共阳极和共阴极各只有一个晶闸管导通。
优选地，软启动交流接触器包括两组触头，两组触头的一端分别连接至三相中的相线A和相线B、或相线A和相线C、或相线B和相线C。
本发明还提供一种上述的电压源型逆变器的软启动电路的软启动方法，包括以下步骤：
数字控制单元首先控制软启动交流接触器吸合，主电源的两相线电压经软启动交流接触器、升压变压器、软启动限流电阻、单相二极管整流器给储能电解电容充电；数字控制单元还通过两个电压传感器采样主电源的任意两相线电压有效值大小和三相全桥晶闸管整流器输出的直流母线电压平均值大小；
当直流母线电压平均值大于某一阈值条件时，数字控制单元控制断开软启动交流接触器，并同时发出六路连续的脉冲串驱动三相全桥晶闸管整流器。
优选地，数字控制单元发出六路连续的脉冲串驱动三相全桥晶闸管整流器时，根据晶闸管的导通条件，以控制任一时刻共阳极和共阴极各只有一个晶闸管导通。
优选地，某一阈值条件为：直流母线电压平均值大于三相进线主电源的两相线电压有效值大小的预定倍数。
本发明具有以下有益效果：
本发明的电压源型逆变器的软启动电路及软启动方法，不仅避免了软启动开关合闸的瞬间大冲击电流的问题，也不是采用晶闸管可控整流方式来缓慢升高储能电容中的电压，因此无需相序检测电路，对电网质量的适应性非常强；软启动完成之后采用的是晶闸管的全波整流方式，进线电源谐波含量小且功率因数高。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为现有技术方案的第一种电压源型逆变器的软启动电路示意图；
图2为现有技术方案的第二种电压源型逆变器的软启动电路示意图；
图3为现有技术方案的第三种电压源型逆变器的软启动电路示意图；
图4为本发明实施例的电压源型逆变器的软启动电路的电路示意图；
图5为本发明实施例的电压源型逆变器的软启动方法的流程图；
图6为一个晶闸管驱动的脉冲串波形。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施，以下实施例中的技术特征都能相互组合，实施例仅作为示例，不作为对技术特征的合理组合的限制。
参见图4，本发明的电压源型逆变器的软启动电路，包括分别与三相主电源连接的三相全桥晶闸管整流器，以及与三相全桥晶闸管整流器输出端连接的储能电解电容，还包括连接于三相中的两相上的软启动交流接触器、与软启动交流接触器串联并与储能电解电容并联的变压整流电路、以及用于驱动三相全桥晶闸管整流器并控制软启动交流接触器的断开、闭合的数字控制单元。
本实施例中，变压整流电路优选包括图4所示的升压变压器、软启动限流电阻和单相全桥二极管整流器；单相全桥二极管整流器的输出端分别连接于储能电解电容的两端，单相全桥二极管整流器的输入端经软启动限流电阻连接升压变压器的副边；升压变压器的原边与软启动交流接触器的两相输出连接。本实施例中，软启动交流接触器包括两组触头，两组触头的一端分别连接至三相中的相线A和相线B，图4中交流接触器的触头1、3连接至三相进线主电源的相线A和相线B，实际应用时，交流接触器的触头1、3也可以连接至三相进线主电源的任意两相，如相线A和相线C、或者相线B和相线C。
本实施例中，升压变压器原边与副边的变比为1：1.5，升压变压器原边额定输入电压为AC380V。
进一步地，数字控制单元还用于通过两个对应的电压传感器采样三相进线主电源的两相线电压有效值大小和三相全桥晶闸管整流器输出的直流母线电压平均值大小，采样的结果输入数字控制单元。
本实施例工作时，在电压源型逆变器启动之前，数字控制单元先将软启动交流接触器KM1吸合，主进线电源(相线A和相线B)经软启动交流接触器KM1、升压变压器、软启动限流电阻、单相全桥二极管整流器给储能电解电容充电，当储能电解电容的电压值大于某一阈值条件时(例如：当三相全桥晶闸管整流器输出的直流母线电压平均值大于1.35倍三相进线主电源的两相线电压有效值)；数字控制单元检测到直流母线电压平均值大于这一阈值条件时，控制断开软启动交流接触器KM1，并同时发出六路连续的脉冲串驱动三相全桥晶闸管整流器，以控制任一时刻共阳极和共阴极各只有一个晶闸管导通。本实施例中，参见图4，在三相全桥晶闸管整流器中，晶闸管1～晶闸管6的基极均连接至数字控制单元，数字控制单元向晶闸管1～晶闸管6发送导通信号，以控制任一时刻共阳极和共阴极各只有一个晶闸管导通。本实施例中，数字控制单元可以为以单片机、STM32、DSP、FPGA或CPLD为核心MCU的主控制器，并组合必需的开关量输出电路和模拟量采样电路，均采用市售的元件即可。
参见图5，本发明还提供一种上述的电压源型逆变器的软启动电路的软启动方法，包括以下步骤：
***初始化，初始化后处于等待启动指令状态中；
当数字控制单元接受到启动指令后，数字控制单元首先控制软启动交流接触器吸合，主电源的A、B线电压经软启动交流接触器、升压变压器、软启动限流电阻、单相二极管整流器给储能电解电容充电；
数字控制单元还通过两个电压传感器采样主电源A、B线电压有效值大小和三相全桥晶闸管整流器输出的直流母线电压平均值大小；当储能电解电容的电压值大于某一阈值条件时(例如：当三相全桥晶闸管整流器输出的直流母线电压平均值大于1.35倍三相进线主电源的两相线电压有效值时)，数字控制单元检测到直流母线电压平均值大于这一阈值条件时，数字控制单元控制断开软启动交流接触器，并同时发出六路连续的脉冲串驱动三相全桥晶闸管整流器(例如：图6所示的一个晶闸管驱动的脉冲串波形)，根据晶闸管的导通条件，以控制任一时刻共阳极和共阴极各只有一个晶闸管导通。
综上可知，本发明通过将软启动交流接触器设置于变压整流电路中，不仅避免了软启动开关合闸的瞬间大冲击电流的问题，也不采用晶闸管可控整流方式来缓慢升高储能电容中的电压，因此无需相序检测电路，对电网质量的适应性非常强；软启动完成之后采用晶闸管的全波整流方式，进线电源谐波含量小、功率因数高。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种电压源型逆变器的软启动电路，其特征在于，包括分别与三相主电源连接的三相全桥晶闸管整流器，以及与三相全桥晶闸管整流器输出端连接的储能电解电容，还包括连接于三相中的任意两相上的软启动交流接触器、与所述软启动交流接触器串联并与所述储能电解电容并联的变压整流电路、以及用于驱动所述三相全桥晶闸管整流器并控制所述软启动交流接触器的断开、闭合的数字控制单元。
2.根据权利要求1所述的电压源型逆变器的软启动电路，其特征在于，所述变压整流电路，包括升压变压器、软启动限流电阻和单相全桥二极管整流器；
所述单相全桥二极管整流器的输出端分别连接于储能电解电容的两端，所述单相全桥二极管整流器的输入端经软启动限流电阻连接升压变压器的副边；
所述升压变压器的原边与所述软启动交流接触器的两相输出连接。
3.根据权利要求1所述的电压源型逆变器的软启动电路，其特征在于，数字控制单元还用于采样三相进线主电源的两相线电压有效值大小和三相全桥晶闸管整流器输出的直流母线电压平均值大小；并在当直流母线电压平均值大于某一阈值条件时，数字控制单元控制断开所述软启动交流接触器，并同时发出六路连续的脉冲串驱动三相全桥晶闸管整流器。
4.根据权利要求2所述的电压源型逆变器的软启动电路，其特征在于，所述某一阈值条件为：直流母线电压平均值大于三相进线主电源的两相线电压有效值大小的预定倍数。
5.根据权利要求1所述的电压源型逆变器的软启动电路，其特征在于，数字控制单元还用于发出六路脉冲串驱动三相全桥晶闸管整流器的晶闸管，以控制任一时刻共阳极和共阴极各只有一个晶闸管导通。
6.根据权利要求1所述的电压源型逆变器的软启动电路，其特征在于，所述软启动交流接触器包括两组触头，两组触头的一端分别连接至三相中的相线A和相线B、或相线A和相线C、或相线B和相线C。
7.一种如权利要求1至6中任一项所述的电压源型逆变器的软启动电路的软启动方法，其特征在于，包括以下步骤：
数字控制单元首先控制软启动交流接触器吸合，主电源的两相线电压软启动交流接触器、升压变压器、软启动限流电阻、单相二极管整流器给储能电解电容充电；所述数字控制单元还通过两个电压传感器采样主电源的任意两相线电压有效值大小和三相全桥晶闸管整流器输出的直流母线电压平均值大小；
当直流母线电压平均值大于某一阈值条件时，数字控制单元控制断开所述软启动交流接触器，并同时发出六路连续的脉冲串驱动三相全桥晶闸管整流器。
8.根据权利要求7所述的电压源型逆变器的软启动电路的软启动方法，其特征在于，所述数字控制单元发出六路连续的脉冲串驱动三相全桥晶闸管整流器时，根据晶闸管的导通条件，以控制任一时刻共阳极和共阴极各只有一个晶闸管导通。
9.根据权利要求7所述的电压源型逆变器的软启动电路的软启动方法，其特征在于，所述某一阈值条件为：直流母线电压平均值大于三相进线主电源的两相线电压有效值大小的预定倍数。
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