專利名稱：具有輔助啟動電源的高壓變頻器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種高壓變頻器，特別是一種針對高壓變頻器在高 壓合閘或分閘時容易引起操作過電壓和電流沖擊等啟動問題，專門設(shè)計 有輔助啟動電源的高壓變頻器，屬于電力電子設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
高壓變頻器是工業(yè)上對大功率電機進行控制、調(diào)速的重要設(shè)備?，F(xiàn)
有高壓變頻器的典型結(jié)構(gòu)如圖3所示，主要包括有整流變壓器、整流與
逆變電路、控制系統(tǒng)。輸入的高壓交流電首先通過整流變壓器轉(zhuǎn)化為所 需電壓的直流電。該直流電通過整流與逆變電路生成所需頻率的交流電 并輸出。控制系統(tǒng)則主要負責(zé)變頻器在整個工作過程中的控制管理。
這樣的高壓變頻器當(dāng)在高壓合閘和高壓分閘時，該整流變壓器瞬間 會產(chǎn)生很大的操作過電壓，變壓器副邊側(cè)所連接的功率模塊中電容充電, 也會造成沖擊電流過大。這樣的合閘沖擊電流很容易對變頻器中的部件
造成損壞。
為了減小這種合閘沖擊電流對變頻器所造成的影響，現(xiàn)有的解決辦 法之一是在整流變壓器的原邊側(cè)每相繞組上串聯(lián)有大阻值的限流電阻， 并且相應(yīng)設(shè)置有限流電阻旁路開關(guān)。變頻器平時工作時，該旁路開關(guān)閉 合，使限流電阻處于旁路狀態(tài)。當(dāng)變頻器需要分閘或合閘時，控制系統(tǒng) 首先控制該旁路開關(guān)斷開，使限流電阻投入電路中，對變頻器起到限流 保護的作用。直至變頻器工作穩(wěn)定后，控制系統(tǒng)再控制旁路開關(guān)閉合， 使變頻器恢復(fù)正常工作狀態(tài)。這種方法雖然能夠解決合閘沖擊電流容易 對變頻器中的部件造成損壞的問題，但是由于整流變壓器本身工作電壓 較高，因此相應(yīng)串聯(lián)于其原邊側(cè)的限流電阻的制造成本也很高，并且其 設(shè)計占用的空間也較大。
鑒于在變頻器原邊側(cè)串聯(lián)限流電阻的解決方案所存在的問題，人們 還設(shè)計了另外一種減小合閘沖擊電流對變頻器所造成影響的解決辦法。 這種解決辦法是在整流變壓器的副邊側(cè)設(shè)計有輔助繞組，在每相輔助繞 組中串聯(lián)有電阻，并且該輔助繞組通過一個與原邊主電源同相位的輔助
3電源串聯(lián)。在變頻器啟動前，先接通輔助繞組的電源,用串聯(lián)在電路中的 電阻分段切除的辦法為整流變壓器進行軟勵磁，最后輔助繞組接通額定 電源，再同時接通變壓器高壓主電源。勵磁過程完成后，這時再切斷輔 助繞組電源，完成變頻器高壓合閘過程。高壓變頻器的高壓分閘過程也存 在類似的問題，在此就不再重復(fù)。
這種方法不僅能夠解決合閘沖擊電流容易對變頻器中的部件造成損 壞的問題，而且相比在整流變壓器原邊側(cè)串聯(lián)大限流電阻的方法，大大 節(jié)省了高壓變頻器的設(shè)計成本和占用空間。但是，這種方法還有其可進 一步簡化之處。本專利即是在這種解決方案的基礎(chǔ)上，提出的進一步簡 化方案。 發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提供一種針對 高壓變頻器在高壓合閘或分閘時容易引起操作過電壓和電流沖擊等啟動 問題，專門設(shè)計有輔助啟動電源的高壓變頻器。
本實用新型的目的是通過下述技術(shù)方案予以實現(xiàn)的
具有輔助啟動電源的高壓變頻器，包括有整流變壓器、整流與逆 變電路、控制系統(tǒng)，該整流變壓器和整流與逆變電路順序串聯(lián)，該控制 系統(tǒng)對整個高壓變頻器的工作過程進行控制管理，其特征在于還設(shè)有 輔助繞組、低壓電源、變阻裝置和繞組側(cè)開關(guān)；
所述輔助繞組至少有兩相繞組與所述整流變壓器的主繞組相對應(yīng)； 其中一相與主繞組對應(yīng)的輔助繞組通過所述變阻裝置與低壓電源的對應(yīng) 副邊繞組相連接，還有一相與主繞組對應(yīng)的輔助繞組則直接與低壓電源 的相對應(yīng)副邊繞組相連接；所述低壓電源為一個變壓器，該低壓電源的 原邊側(cè)連接的電源與整流變壓器的原邊網(wǎng)側(cè)電源相位相同；所述變阻裝 置與控制系統(tǒng)相連，受控制系統(tǒng)控制調(diào)節(jié)其阻值；所述繞組側(cè)開關(guān)串聯(lián) 在輔助繞組線路上，受控制系統(tǒng)控制其開關(guān)。
所述低壓電源的原邊側(cè)與所述整流變壓器的原邊網(wǎng)側(cè)電源直接相連。
所述變阻裝置由三個串聯(lián)的電阻構(gòu)成，每個電阻分別與一個旁路開 關(guān)并聯(lián)；所述旁路開關(guān)與所述控制系統(tǒng)相連，受控制系統(tǒng)控制。
所述整流變壓器為三相整流變壓器；所述輔助繞組有兩相繞組與 該整流變壓器的主繞組相對應(yīng)。
4本實用新型的有益效果是該具有輔助啟動電源的高壓變頻器不 僅通過增加了輔助繞組和低壓電源等輔助電路，在變頻器合分閘前對 整流變壓器的鐵芯進行預(yù)先勵磁，從而消除了高壓變頻器因沖擊電流 所造成的影響，還進一步簡化了該輔助繞組所串聯(lián)的結(jié)構(gòu)，降低了該 高壓變頻器的設(shè)計成本和占用空間。

圖1為具有輔助啟動電源的高壓變頻器結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為具有輔助啟動電源的高壓變頻器具體實施例結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為現(xiàn)有高壓變頻器結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進一步描述。 圖1是具有輔助啟動電源的高壓變頻器的一個具體實施例結(jié)構(gòu)示 意圖，該實施例以常用的三相變頻器為例。如圖所示，具有輔助啟動 電源的高壓變頻器除了包括有前述現(xiàn)有技術(shù)中的整流變壓器1、整流
與逆變電路3和控制系統(tǒng)2外，還設(shè)有輔助繞組4、低壓電源7、變阻裝 置6和繞組側(cè)開關(guān)8。
所述整流變壓器1和整流與逆變電路3仍然按現(xiàn)有技術(shù)方式順序串 聯(lián)?？刂葡到y(tǒng)2用以控制整個高壓變頻器在工作過程中的控制管理。所 述輔助繞組4至少有兩相繞組與整流變壓器1的主繞組相對應(yīng)，即該相 對應(yīng)輔助繞組與主繞組共用鐵芯。其中一相與主繞組對應(yīng)的輔助繞組通 過所述變阻裝置6與低壓電源7的對應(yīng)副邊繞組相連接。還有一相與主 繞組對應(yīng)的輔助繞組則直接與低壓電源7的相對應(yīng)副邊繞組相連接。所 述低壓電源7為一個變壓器。該低壓電源7的原邊側(cè)連接的電源與整流 變壓器1的原邊網(wǎng)側(cè)電源相位相同。所述變阻裝置6與控制系統(tǒng)2相連， 受控制系統(tǒng)2控制調(diào)節(jié)其阻值。所述繞組側(cè)開關(guān)8串聯(lián)在輔助繞組線路 上，受控制系統(tǒng)2控制其開關(guān)。
上述結(jié)構(gòu)的具有輔助啟動電源的高壓變頻器在變頻器合閘前，首先 由控制系統(tǒng)2控制變阻裝置6調(diào)節(jié)至較大電阻，并控制繞組側(cè)開關(guān)8閉 合。閉合后，所述低壓電源7將通過輔助繞組4對與輔助繞組4相對應(yīng) 的鐵芯進行勵磁。在該勵磁過程中，由控制系統(tǒng)2控制變阻裝置6的電 阻逐漸減小，這樣可以防止輔助繞組4的瞬間沖擊電流對變頻器中各部 件造成損壞。當(dāng)該勵磁過程完成后，該控制系統(tǒng)2控制繞組側(cè)開關(guān)8斷
5開，并對高壓變頻器的主回路進行合閘控制，完成整個合閘過程。
上述為高壓變頻器的合閘過程。而高壓變頻器的分閘過程是上述過
程的逆過程，在此就不再重復(fù)。
本實用新型所設(shè)計的具有輔助啟動電源的高壓變頻器相較于現(xiàn)有高
壓變頻器防止合閘沖擊電流的方案，其并不需要在輔助繞組的每相繞組
中都串聯(lián)有限流電阻，而只需其中兩相繞組與低壓電源相連，并且只需
要在其中一相繞組中串聯(lián)限流電阻即可。這主要是因為在低壓電源對該 輔助繞組4施加額定電壓后，輔助繞組4中與低壓電源相連的兩個繞組 所對應(yīng)的鐵芯中通有額定交變磁通，而整流變壓器1中無通電輔助繞組 的鐵芯中無磁通存在。這時將變頻器主回路的三相原繞組合閘通電，有
輔助繞組的鐵芯中已存在額定交變磁通。由于低壓電源7的原邊側(cè)與整
流變壓器1的原邊側(cè)電源同相，因此該額定交變磁通的相位與原繞組接 通電網(wǎng)后產(chǎn)生的磁通同相。這樣，在這兩路磁路相關(guān)的閥側(cè)電路中就不 會產(chǎn)生激磁涌流。另外，無通電輔助繞組的鐵芯中無磁通存在，也就是 說該磁路中在合閘時不存在剩磁。由于激磁涌流的產(chǎn)生主要由于偏磁和 剩磁的存在而導(dǎo)致磁飽和所致，消除了剩磁的存在，只剩下合閘時間的 不可控性而引起的偏磁，最多達到額定磁通的兩倍。 一般認為不會產(chǎn)生
過飽和，也就消除了產(chǎn)生激磁涌流的條件。而在低壓電源7將電壓施加 到輔助繞組4上的過程中，閥側(cè)工作繞組通過整流電路已將容性負載充 電完成，這樣也就消除了容性負載的電流沖擊?？梢?，該高壓變頻器通 過上述低壓電源及輔助繞組等輔助電路的設(shè)計，完全可以消除了高壓變 頻器在其合分閘時所產(chǎn)生的操作過電壓和電流沖擊對變頻器各器件造成
的影響。同時，由于簡化了該輔助繞組及其連接電路的結(jié)構(gòu)，進一步降 低了高壓變頻器的設(shè)計成本和占用空間。
應(yīng)當(dāng)指出的是，本專利所設(shè)計高壓變頻器中所述低壓電源及輔助繞 組等輔助電路完成消除變頻器合分閘時所產(chǎn)生的操作過電壓和電流沖擊 對變頻器各器件所造成的影響，就必須保證該低壓電源7的原邊側(cè)連接 的電源與整流變壓器1的原邊網(wǎng)側(cè)電源相位相同。為了保證這一點，最 好的方法是將該低壓電源7的原邊側(cè)與整流變壓器1的原邊網(wǎng)側(cè)電源直 接相連。
圖2為該高壓變頻器的一具體實施例結(jié)構(gòu)圖。該實施例相較于圖1 所示結(jié)構(gòu)，主要在于所述變阻裝置6具體由三個串聯(lián)的電阻Rl、 R2、R3構(gòu)成，每個電阻分別由旁路開關(guān)Jl、 J2、 J3控制其投入或旁路。所 述旁路開關(guān)J1、 J2、 J3與控制系統(tǒng)2相連，受控制系統(tǒng)2控制。該結(jié)構(gòu) 是實際應(yīng)用中，變阻裝置6—種較易實現(xiàn)的實現(xiàn)形式?？刂葡到y(tǒng)2可以 通過分別控制旁路開關(guān)Jl、 J2、 J3的開關(guān)，來實現(xiàn)調(diào)節(jié)該相輔助繞組中 所串聯(lián)的電阻阻值。
應(yīng)當(dāng)指出的是上述圖1所示實施例僅是以典型的三相高壓變頻器為 例。在實際應(yīng)用中，無論對于幾相的高壓變頻器，只要依照上述結(jié)構(gòu)在 其整流變壓器的副邊側(cè)設(shè)置至少有兩相繞組與整流變壓器的主繞組相對 應(yīng)，其中一相與主繞組對應(yīng)的輔助繞組通過所述變阻裝置與低壓電源的
對應(yīng)副邊繞組相連接，還有一相與主繞組對應(yīng)的輔助繞組則直接與低壓 電源的相對應(yīng)副邊繞組相連接，都可以完成消除由變頻器合分閘時所產(chǎn) 生的沖擊電流所造成的影響的工作。
綜上所述，本實用新型所設(shè)計的具有輔助啟動電源的高壓變頻器是 在現(xiàn)有高壓變頻器結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，通過增加了輔助繞組和低壓電源等 輔助電路，在變頻器合分閘前對整流變壓器的鐵芯進行預(yù)先勵磁，從 而消除了高壓變頻器因沖擊電流所造成的影響，而且還進一步簡化了 該輔助繞組所串聯(lián)的結(jié)構(gòu)，降低了該高壓變頻器的設(shè)計成本和占用空 間。本領(lǐng)域一般技術(shù)人員在此設(shè)計原理的基礎(chǔ)上，所做的任何顯而易 見的改造均應(yīng)視為在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1、具有輔助啟動電源的高壓變頻器，包括有整流變壓器、整流與逆變電路、控制系統(tǒng)，該整流變壓器和整流與逆變電路順序串聯(lián)，該控制系統(tǒng)對整個高壓變頻器的工作過程進行控制管理，其特征在于還設(shè)有輔助繞組、低壓電源、變阻裝置和繞組側(cè)開關(guān)；所述輔助繞組至少有兩相繞組與所述整流變壓器的主繞組相對應(yīng)；其中一相與主繞組對應(yīng)的輔助繞組通過所述變阻裝置與低壓電源的對應(yīng)副邊繞組相連接，還有一相與主繞組對應(yīng)的輔助繞組則直接與低壓電源的相對應(yīng)副邊繞組相連接；所述低壓電源為一個變壓器，該低壓電源的原邊側(cè)連接的電源與整流變壓器的原邊網(wǎng)側(cè)電源相位相同；所述變阻裝置與控制系統(tǒng)相連，受控制系統(tǒng)控制調(diào)節(jié)其阻值；所述繞組側(cè)開關(guān)串聯(lián)在輔助繞組線路上，受控制系統(tǒng)控制其開關(guān)。
2、 如權(quán)利要求1所述的具有輔助啟動電源的高壓變頻器，其特征 在于所述低壓電源的原邊側(cè)與所述整流變壓器的原邊網(wǎng)側(cè)電源直接相 連。
3、 如權(quán)利要求1所述的具有輔助啟動電源的高壓變頻器，其特征在于所述變阻裝置由三個串聯(lián)的電阻構(gòu)成，每個電阻分別與一個旁路開關(guān)并聯(lián)；所述旁路開關(guān)與所述控制系統(tǒng)相連，受控制系統(tǒng)控制。
4、 如權(quán)利要求1所述的具有輔助啟動電源的高壓變頻器，其特征 在于所述整流變壓器為三相整流變壓器；所述輔助繞組有兩相繞組 與該整流變壓器的主繞組相對應(yīng)。
專利摘要本實用新型提供了一種具有輔助啟動電源的高壓變頻器，該高壓變頻器在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，還設(shè)有輔助繞組、低壓電源、變阻裝置和繞組側(cè)開關(guān)；所述輔助繞組至少有兩相繞組與所述整流變壓器的主繞組相對應(yīng)；其中一相與主繞組對應(yīng)的輔助繞組通過所述變阻裝置與低壓電源的對應(yīng)副邊繞組相連接，還有一相與主繞組對應(yīng)的輔助繞組則直接與低壓電源的相對應(yīng)副邊繞組相連接；該低壓電源的原邊側(cè)連接的電源與整流變壓器的原邊網(wǎng)側(cè)電源相位相同。通過增加了輔助繞組和低壓電源等輔助電路，對整流變壓器的鐵芯進行預(yù)先勵磁，從而消除了高壓變頻器因沖擊電流所造成的影響，并且簡化了該輔助繞組所串聯(lián)的結(jié)構(gòu)，降低了該高壓變頻器的設(shè)計成本和占用空間。
文檔編號H02M7/30GK201435689SQ20092010948
公開日2010年3月31日 申請日期2009年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月24日
發(fā)明者王曉夫 申請人:北京利德華福電氣技術(shù)有限公司