[发明专利]一种用于高压变频器的谐振式预充电电路及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于高压变频器的预充电电路及其控制方法，特别是一种通过谐振式电路产生激磁电流对变压器进行励磁，从而避免了激磁电流在限流电阻上消耗较大功率的预充电电路，属于高压变频器技术领域。

背景技术

随着电力电子技术的发展，变频器作为电力电子技术发展的产物，在国民经济的各个领域如冶金、石化、自来水、电力等行业得到广泛的应用，并发挥着越来越重要的作用，特别是，高压大功率变频器的应用日渐广泛。

在高压变频器中，由功率单元(又称功率模块、变流单元，如图2所示)串联构成的高压大功率变频器(如图1所示)作为适合中国国情、性能优异的变频器，受到众多变频器生产厂商、科研院所、工程技术人员、用户的青睐。

高压大功率变频器有多种拓扑结构，篇幅所限，本说明书仅针对在市场上应用最为广泛的单元串联多电平型高压变频器进行叙述。本专利所述技术应用于其他拓扑结构的高压变频器时，其工作原理、拓扑结构、控制方法与本说明书的叙述完全相同。

这种高压变频器结构已经在中国发明专利ZL97100477.3中公开。该高压变频器在电网侧有一个整流变压器，此整流变压器有多个副边绕组，为了抑制对电网的谐波，这些副边绕组常常采用曲折绕法，达到移相的效果，分别给各个串联的功率单元供电。每个功率单元为3相输入、单相输出的电压源型变频器。

在电路原理上，此整流变压器起到了隔离的作用，使各功率单元相互之间在输入侧隔离，这样，由于功率单元的逆变桥在输出侧相互串联，功率单元的整体电位(电势)就会逐级提高。

通常，此整流变压器有一个辅助绕组，为变频器的冷却风机供电。

目前，高压变频器在高压上电时，通常采用直接冲击的方法，即直接闭合为其供电的高压断路器。用这种方法在高压上电时，会对高压电网产生7至10倍于额定电流的冲击电流，影响电网的安全、稳定运行。同时，会对功率单元内的直流电容和整流器件产生很大的冲击电流，影响其使用寿命。

一种解决方法是在变频器的高压输入侧安装激磁涌流抑制电路。该电路由限流电阻和与之并联的高压开关(高压真空断路器或者高压真空接触器)组成。该电路串联在高压电源与高压变频器的输入端之间。在高压上电前，高压开关处于断开状态，通过限流电阻对高压变频器进行充电，充电完成后，闭合高压开关，充电过程结束。由于该电路属于高压电路，所用的器件为高压器件，所以成本远高于本专利所述电路，体积也远大于本专利所述电路。

另一种解决方法是通过低压电源和限流电阻向整流变压器的辅助绕组供电，通过变压器在副边绕组上产生感应电压，对功率单元的直流电容进行充电。随着充电过程的进行，逐渐用交流接触器旁路掉部分限流电阻，充电完成后，断开充电电路，闭合高压断路器。这种方法虽然能够实现用低压电源对变频器的充电，但是存在着一些问题：第一，由于整流变压器整机的额定容量远大于其辅助绕组的额定容量，因此通过辅助绕组激磁时，稳态激磁电流非常大，过大的激磁电流会在限流电阻上产生过大的电压降，如果选择较少的交流接触器，每次旁路的电阻阻值较大，则每次旁路突加在辅助绕组上的电压较高，从而每次用交流接触器旁路电阻时会对低压电源产生很大的冲击电流，同时也对功率单元中的直流电容有一定的冲击，如果选择较多的交流接触器，则成本较高；第二，如果为了节省成本，省去最后一级交流接触器，在断开充电电路前未旁路所有限流电阻，则考虑到电阻上的电压降，预充电是不充分的，在高压上电时仍会有冲击电流；第三，由于过大的激磁电流使电阻严重发热，因而此电路需要采用大功率电阻，体积大，成本高，效率低。

发明内容

本发明的发明目的是解决现有技术中存在的问题，提供一种通过谐振式电路产生激磁电流对变压器进行励磁的预充电电路及其控制方法，避免了变压器激磁电流对预充电的影响，最大限度地降低了电路损耗，提高了系统效率，降低了系统成本，降低了上电过程对电网和功率单元的冲击。

本发明的发明目的是通过下述技术方案予以实现的：

一种用于高压变频器的谐振式预充电电路，其特征在于，包括：辅助绕组、三相电容器组、限流电阻组、交流接触器和三相交流低压电源；

所述辅助绕组设置在整流变压器的副边侧；所述三相电容器组的三个端一方面与辅助绕组相连，另一方面通过所述限流电阻组与所述三相交流低压电源相连；在限流电阻组与三相交流低压电源之间设置有交流接触器；