CN111509958A - 一种级联型变频器旁路方法及级联型变频器 - Google Patents

Abstract

一种级联型变频器旁路方法，包括以下步骤：检测变频器的所有功率单元的运行状态；确定故障功率单元在变频器中的相、级数；将故障功率单元旁路，同时旁路其它相与故障功率单元同一级数的正常功率单元。本发明实施例通过同时检测所有功率单元的运行状态，避免了不能及时发现故障功率单元的位置；在确定故障位置后，通过同时将故障功率单元和其它相与故障功率单元同一级数的正常功率单元同时旁路的方式，消除了时间差，避免了因为先后旁路出现3相不平衡、甚至二次损毁的问题。

Description

一种级联型变频器旁路方法及级联型变频器

技术领域

本发明属于高压输电领域，具体涉及一种级联型变频器旁路方法及级联型变频器。

背景技术

随着变频器的应用在各个行业越来越频繁，为了提高现场设备的可靠性，就要求变频器出现故障的频率降到最低，不仅要确保变频器尽量不发生故障，还要确保当变频器发生故障时，采取电子旁路的方式，即通过减少功率单元运行级数来保证变频器运行，提高整个工厂设备的生产效率。

目前旁路的方法主要采用：当功率单元故障时，先旁路出现故障的功率单元，再上传故障信号到主控板，最后，主控板下发旁路指令再旁路其它相的同级功率单元。

但是采用上述方式后，在实际应用中却发现，当变频器发生故障旁路后，在旁路过程中经常会报IGBT过流的故障。经分析发现，当功率单元故障时，先自身旁路，再旁路同级功率单元，这样两次旁路之间会存在的us级的时间差，且旁路时时间差无法控制，这会导致本来正常运行的功率单元很容易出现IGBT炸毁现象，降低变频器的可靠性。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种级联型变频器旁路方法，所述级联型变频器旁路方法的步骤简单，解决了功率单元旁路后会出现IGBT过流的问题并提高了变频器的可靠性。本发明还提出了一种级联型变频器。

根据本发明第一方面实施例的级联型变频器旁路方法，包括以下步骤：检测变频器的所有功率单元的运行状态；确定故障功率单元在所述变频器中的相、级数；将所述故障功率单元旁路，同时旁路其它相与所述故障功率单元同一级数的正常功率单元。

根据本发明实施例的级联型变频器旁路方法，至少具有如下技术效果：通过同时检测所有功率单元的运行状态，避免了不能及时发现故障功率单元的位置；在确定故障位置后，通过同时将故障功率单元和其它相与故障功率单元同一级数的正常功率单元同时旁路的方式，消除了时间差，避免了因为先后旁路出现3相不平衡、甚至二次损毁的问题。

根据本发明的一些实施例，上述级联型变频器旁路方法还包括以下步骤：已经旁路的所述故障功率单元被旁路后再次出现故障，封锁所述变频器的所有功率单元的脉冲。

根据本发明的一些实施例，上述级联型变频器旁路方法还包括以下步骤：已经旁路的所述正常功率单元被旁路后出现故障，封锁所述变频器的所有功率单元的脉冲。

根据本发明第二方面实施例的级联型变频器，包括：多副边变压器，用于连接外部三相电源；连接在所述多副边变压器与外部电气设备之间的三个功率单元串联结构，每个所述功率单元串联结构包括数量一致的功率单元，每个功率单元分别与所述多副边变压器的一组副边连接；驱动板，用于检测所有所述功率单元的运行状态并驱动所有所述功率单元的通断；主控板，用于接收驱动板发送的运行状态信息来确定故障功率单元在所述变频器中的相、级数，并控制所述驱动板旁路所述故障功率单元和其它相与所述故障功率单元同一级数的正常功率单元。

根据本发明实施例的级联型变频器，至少具有如下技术效果：通过主控板和驱动板可以实现对所有功率单元的通断控制，进而实现对所有功率单元的旁路控制，且通过主控板和驱动板可以实现分别对三个功率单元串联结构中同一级数的功率单元进行旁路控制，相较于传统的无法旁路的变频器具有稳定性更高的效果。

根据本发明的一些实施例，所述主控板还用于控制所述驱动板封锁所述所有功率单元的脉冲。

根据本发明的一些实施例，所述多副边变压器采用移相变压器。

根据本发明的一些实施例，所述功率单元串联结构采用的是5级串联。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的说明。

图1是本发明第一方面实施例的流程框图；

图2是本发明第二方面实施例的变频器原理简图；

图3是本发明第二方面实施例的功率单元的电路原理简图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，如果有描述到第一、第二、第三、第四等等只是用于区分技术特征为目的，而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或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

下面参考图1至图3描述根据本发明第一方面实施例的级联型变频器旁路方法。

根据本发明第一方面实施例的级联型变频器旁路方法，包括以下步骤：检测变频器的所有功率单元的运行状态；确定故障功率单元在变频器中的相、级数；将故障功率单元旁路，同时旁路其它相与故障功率单元同一级数的正常功率单元。

参考图1至图3，在变频器开始运行之后，需要持续对变频器中所有功率单元的运行状态进行检测，当发现摸一个功率单元出现故障时，需要首先确认故障功率单元是在变频器的具体哪一相的哪一级，然后将故障功率单元和其它相与故障功率单元同一级数的正常功率单元同时旁路，这样可以有效的避免只旁路一相而出现三相不平衡的问题。同时，因为将故障功率单元和其它相与故障功率单元同一级数的正常功率单元同时旁路，可以有效的消除先后旁路故障功率单元和正常功率单元而出现的时间差，进而避免了出现IGBT过流报警甚至二次损坏的问题。

为了便于对本发明第一方面实施例的方法的理解，下面对变频器相关原理进行简单的叙述。参考图2、图3，单个功率单元的原理简图如图2所示，功率单元为三相R,S,T输入，外部电压信号输入后经整流输出直流电压，且最终可实现单相输出PWM信号。相邻功率单元级联可形成变频器的高压输出，输出端直接连接外部电气设备(例如：电动机)。通常6kV电压等级的高压变频器，每相由5个功率单元串联而成，输出电压可以满足6000V的要求。通过调整功率单元的串联个数或功率单元的输出电压等级，就可以实现不同电压等级的高压输出。正常工作时，5级功率单元的PWM波形一起叠加得出输出电压；当5级中某级功率单元发生故障，主控收到故障信息后发起旁路指令，旁路一级后对于5级***来说，变成4级***运行，虽然输出电压和电流的谐波增加，也能保证变频器的正常运行。

下面结合上述内容简述一下本发明第一方面实施例的旁路过程。

参考图3，变频器运行过程中假设功率单元A3的VI4先发生故障，驱动板检测到了此故障，驱动板先上传故障信号给主控板；主控板收到驱动板上传的故障信号后，立即下发旁路功率单元A3、B3、C3的指令给驱动板，功率单元A3、B3、C3同时开通上桥臂VI1,VI3，封锁下桥臂VI2,VI4，此时功率单元A3、B3、C3不再输出脉冲信号，只负责连接相邻的功率单元，并且分担相应的电压；此时，主控板发出旁路成功指令，驱动板撤销IGBT故障信号，上传旁路成功信号。

根据本发明实施例的级联型变频器旁路方法，通过同时检测所有功率单元的运行状态，避免了不能及时发现故障功率单元的位置；在确定故障位置后，通过同时将故障功率单元和其它相与故障功率单元同一级数的正常功率单元同时旁路的方式，消除了时间差，避免了因为先后旁路出现3相不平衡、甚至二次损毁的问题。

在本发明的一些实施例中，上述级联型变频器旁路方法还包括以下步骤：已经旁路的故障功率单元被旁路后再次出现故障，封锁变频器的所有功率单元的脉冲。在实际应用中，已经旁通过的变频器还可能会再一次出现故障，如果是原本没有旁路的功率单元出现的故障可以直接应用上述旁路方法，但是，已经旁路过的故障功率单元再次出现故障时，却无法再运用上述方法。这里直接采用了封锁变频器的所有功率单元的脉冲的方式来处理这一问题，所有功率单元的脉冲被封锁后，所有功率单元停止输出，从而起到保护变频器不受到进一步的损坏。

在本发明的一些实施例中，上述级联型变频器旁路方法还包括以下步骤：已经旁路的正常功率单元被旁路后出现故障，封锁变频器的所有功率单元的脉冲。在实际应用中，对于已经旁路过的正常功率单元再次出现故障时，采用与已经旁路过的故障功率单元再次出现故障时相同的应对手段，即通过封锁变频器的所有功率单元的脉冲的方式来处理这一问题。所有功率单元的脉冲被封锁后，所有功率单元停止输出，从而起到保护变频器不受到进一步的损坏。

根据本发明第二方面实施例的级联型变频器，包括：多副边变压器、驱动板、主控板、三个功率单元串联结构。多副边变压器，用于连接外部三相电源；连接在多副边变压器与外部电气设备之间的三个功率单元串联结构，每个功率单元串联结构包括数量一致的功率单元，每个功率单元分别与多副边变压器的一组副边连接；驱动板，用于检测所有功率单元的运行状态并驱动所有功率单元的通断；主控板，用于接收驱动板发送的运行状态信息来确定故障功率单元在变频器中的相、级数，并控制驱动板旁路故障功率单元和其它相与故障功率单元同一级数的正常功率单元。

参考图2、图3，每个功率单元分别由多副边变压器的一组副边供电，可以实现功率单元之间及变压器二次绕组之间相互绝缘。驱动板受主控板控制，用于驱动每个功率单元的每个桥臂的通断，从而实现对任意一个功率单元的旁通，例如：当功率单元A3的VI4先发生故障时，通过开通功率单元A3的上桥臂VI1,VI3，封锁下桥臂VI2,VI4，即可实现旁通。

下面简述一下本发明实施例的级联型变频器的工作过程。

驱动板实时采集所有功率单元的运行状态，并将运行状态上传到主控板，主控板对运行状态进行实时分析，当驱动板检测到某一功率单元的运行出现故障时，此时主控板会接收到驱动板发送的运行故障信号，然后主控板向驱动板发送旁路指令，驱动板会同时控制出现故障的故障功率单元和与其他同相与故障功率单元同一级数的正常功率单元一通旁通。之后驱动板控制功率单元开始旁通，旁通成功后驱动板会发送旁通成功信息到主控板。

根据本发明实施例的级联型变频器，通过主控板和驱动板可以实现对所有功率单元的通断控制，进而实现对所有功率单元的旁路控制，且通过主控板和驱动板可以实现分别对三个功率单元串联结构中同一级数的功率单元进行旁路控制，相较于传统的无法旁路的变频器具有稳定性更高的效果。

在本发明的一些实施例中，主控板还用于控制驱动板封锁所有功率单元的脉冲。在实际应用中，已经旁通过的变频器还可能会再一次出现故障，如果是原本没有旁路的功率单元出现的故障可以直接应用上述旁路方法，但是，已经旁路过的故障功率单元再次出现故障时，却无法再运用上述方法。这里直接采用了封锁变频器的所有功率单元的脉冲的方式来处理这一问题，所有功率单元的脉冲被封锁后，所有功率单元停止输出，从而起到保护变频器不受到进一步的损坏。具体工作过程：采集所有功率单元的运行状态，并将运行状态上传到主控板，主控板分析得出出现故障的故障功率单元是已经旁路的功率单元，此时主控板直接向主控板发出封锁脉冲指令，驱动板立刻封锁所有功率单元脉冲。

在本发明的一些实施例中，多副边变压器采用移相变压器。采用移相变压器可以使功率单元的工作更为稳定。

在本发明的一些实施例中，功率单元串联结构采用的是5级串联。5级串联即5个功率单元串行连接。5级串联足以满足绝大部分市场的主要需求，同时采用5级串联可以在旁通一个功率单元后，不会对整体供电造成过大的影响，足以保证变频器的正常运行。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上述结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种级联型变频器旁路方法，其特征在于，包括以下步骤：

检测变频器的所有功率单元的运行状态；

确定故障功率单元在所述变频器中的相、级数；

将所述故障功率单元旁路，同时旁路其它相与所述故障功率单元同一级数的正常功率单元。

2.根据权利要求1所述的级联型变频器旁路方法，其特征在于，还包括以下步骤：已经旁路的所述故障功率单元被旁路后再次出现故障，封锁所述变频器的所有功率单元的脉冲。

3.根据权利要求1或2所述的级联型变频器旁路方法，其特征在于，还包括以下步骤：已经旁路的所述正常功率单元被旁路后出现故障，封锁所述变频器的所有功率单元的脉冲。

4.一种级联型变频器，其特征在于，包括：

多副边变压器，用于连接外部三相电源；

连接在所述多副边变压器与外部电气设备之间的三个功率单元串联结构，每个所述功率单元串联结构包括数量一致的功率单元，每个功率单元分别与所述多副边变压器的一组副边连接；

驱动板，用于检测所有所述功率单元的运行状态并驱动所有所述功率单元的通断；

主控板，用于接收驱动板发送的运行状态信息来确定故障功率单元在所述变频器中的相、级数，并控制所述驱动板旁路所述故障功率单元和其它相与所述故障功率单元同一级数的正常功率单元。

5.根据权利要求4所述的级联型变频器，其特征在于，所述主控板还用于控制所述驱动板封锁所述所有功率单元的脉冲。

6.根据权利要求4所述的级联型变频器，其特征在于，所述多副边变压器采用移相变压器。

7.根据权利要求4所述的级联型变频器，其特征在于，所述功率单元串联结构采用的是5级串联。

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