專利名稱：一種適于限流的三相全控整流裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及三相全控整流的技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種適于限流的三相全控整流裝置及其整流限流方法。
背景技術(shù)：
圖1為背靠背三相橋式變流器，其主體部分由三相橋式整流器(即三相全控整流橋A)、直流濾波電容C、三相橋式逆變器B組成，此外還包括熔斷器F等輔助機構(gòu)。三相橋式整流器由IGBT模塊(T1 T6)構(gòu)成。如圖2所示，在三相全控整流橋A與交流母線合閘瞬間，一方面，由于直流濾波電容C的電壓不能突變，且初始電壓為0，另一方面，由于直流濾波電容C兩端的直流電壓ud。 尚未建立，因此IGBT模塊(T1 T6)不可控?；谏鲜鲈?，上電之初，交流電是通過所述 IGBT模塊(T1 T6)中的續(xù)流二極管進行不控整流，由于整個流通回路的阻抗較小，而壓差很大，易形成較大的短路沖擊電流，此時相當于將三相全控整流橋A短路。由于成本問題， 不會按此瞬時沖擊電流確定功率單元構(gòu)成部件。但若不進行處理，又必然造成器件損壞。此外，要使得三相全控整流橋A工作在可控整流階段，所述直流電壓ud。仍然需要進行充電抬升，此時需要將IGBT模塊進行解鎖，以進行高功率因數(shù)整流，繼續(xù)對直流濾波電容C進行充電和穩(wěn)壓。問題出現(xiàn)在解鎖充電的瞬間，流經(jīng)三相全控整流橋A的交流電流幅值陡增數(shù)十倍，且直流電壓ud。也出現(xiàn)過充和振蕩穩(wěn)定過程，如圖4所示。此刻的交流電流對所述IGBT模塊構(gòu)成了嚴重威脅。因此，在三相全控型整流過程中，從不控整流解鎖切換至可控整流階段時，會出現(xiàn)大幅度過流失控的情況，對功率器件構(gòu)成了嚴重威脅。原因分析IGBT解鎖軟充電電路瞬間，軟充電環(huán)節(jié)兩個晶閘管Tr已導(dǎo)通，其影響可忽略。假設(shè)此時交流側(cè)a相電壓最高，uab、ua。均大于0，如圖5所示，由于同一橋臂的兩個IGBT (T1和T2、 T3和T4、T5和T6)導(dǎo)通和關(guān)斷的邏輯互反(防止同一橋臂兩個IGBT同時導(dǎo)通時造成的直流側(cè)短路)，故假設(shè)此時a相橋臂T2截止，則T1通過IGBT的續(xù)流二極管導(dǎo)通，如圖5所示，若 b相橋臂兩管狀態(tài)由T4導(dǎo)通切換至T3導(dǎo)通，則將出現(xiàn)交流側(cè)通過T1和T3發(fā)生短路的現(xiàn)象； 同理，c相橋臂T5導(dǎo)通時，T1和T5發(fā)生短路的現(xiàn)象，則電流ia將突增；若a相橋臂T2導(dǎo)通， 當T4、T6由斷切至通時，同樣會出現(xiàn)電流ia大增現(xiàn)象，如圖6所示。如何解決上述技術(shù)問題，是本領(lǐng)域的技術(shù)難題。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種可防止在三相全控整流橋與交流母線合閘瞬間造成器件損壞的適于限流的三相全控整流裝置，并提供一種適于在三相全控型整流過程中，從不控整流解鎖切換至可控整流階段時，防止出現(xiàn)大幅度過流失控的整流限流方法。為解決在三相全控整流橋與交流母線合閘瞬間造成器件損壞的技術(shù)問題，本實用新型提供了一種適于限流的三相全控整流裝置，其包括三相全控整流橋A、直流濾波電容C、三相橋式逆變器B和CPU單元；三相全控整流橋A的直流輸出端與直流濾波電容C的兩端及三相橋式逆變器B的直流電源輸入端相連；CPU單元與三相全控整流橋A的整流控制端及三相橋式逆變器B的逆變控制端相連；所述三相全控整流橋A的交流輸入端設(shè)有與所述CPU單元相連的電流互感器，直流濾波電容C的正、負極之間設(shè)有與所述CPU單元相連的電壓傳感器；其特征在于在三相全控整流橋A的任意兩個交流輸入端中的分別串接一軟充電電路D ；該軟充電電路D包括晶閘管Tr、與該晶閘管Tr并聯(lián)的限流電阻R，晶閘管Tr 的門極與所述CPU單元相連。進一步，所述三相全控整流橋A包括三組IGBT單元，各組IGBT單元包括上、下 IGBT模塊，各IGBT模塊包括IGBT和續(xù)流二極管，該續(xù)流二極管的陽極接IGBT的發(fā)射極， 續(xù)流二極管的陰極接IGBT的集電極，各IGBT的柵極即為所述三相全控整流橋A的整流控制端；上IGBT模塊中的IGBT的發(fā)射極接下IGBT模塊中的IGBT的集電極；各上IGBT模塊中的IGBT的集電極接所述直流濾波電容C的正極，各下IGBT模塊中的IGBT的發(fā)射極接所述直流濾波電容C的負極；各組IGBT單元中的上、下IGBT模塊的接點分別與三相交流電源中的一相相連。本實用新型具有積極的效果(1)本實用新型的適于限流的三相全控整流裝置及其整流限流方法工作時，當CPU單元通過所述電流互感器測得三相全控整流橋A的交流輸入端接通三相交流電源時，CPU單元控制各晶間管Tr和各IGBT模塊中的IGTB截止，三相全控整流橋A處于不控整流狀態(tài)；交流電源經(jīng)所述限流電阻R和三相全控整流橋A中各IGBT 模塊中的續(xù)流二極管對直流濾波電容C進行預(yù)充電；由于電阻R的存在，限制了過沖電流； 當CPU單元通過所述電壓傳感器測得直流濾波電容C兩端的直流電壓ud。穩(wěn)定后，CPU單元觸發(fā)各晶閘管Tr導(dǎo)通，以旁路所述限流電阻R。此時由于所述直流電壓ud。存在一定的初始電壓，三相全控整流橋A兩側(cè)的壓差較小，從而使直流濾波電容C的充電電流相對較小，故而適于避免在三相全控整流橋與交流母線合閘瞬間造成器件損壞。(2)為解決在三相全控型整流過程中，從不控整流解鎖切換至可控整流階段時出現(xiàn)大幅度過流失控的技術(shù)問題， 本實用新型采用了三相全控整流限流策略，該策略不僅可有效地限制三流三相充電電流， 并且可對電容器進行平穩(wěn)充電，防止其振蕩過程。

為了使本實用新型的內(nèi)容更容易被清楚的理解，下面根據(jù)的具體實施例并結(jié)合附圖，對本實用新型作進一步詳細的說明，其中圖1為實施例中的背靠背三相全控橋變流器拓撲結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為所述三相全控整流橋裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為帶軟充電電路的三相全控整流橋裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為在采用軟充電電路進行軟充電時的三相全控整流橋的整流過程，其中，波段1為帶限流電阻的不控整流階段；波段2為軟充電電路中的晶閘管導(dǎo)通時不控整流階段； 波段3為可控整流階段。圖5為三相全控橋整流過程的示意圖，其中，由于IGBT模塊T3和T5中的IGBT導(dǎo)通，導(dǎo)致a相與b相、a相與c相之間發(fā)生短路。圖6為無限流策略時的可控整流波形(解鎖過程)圖。[0017]圖7為帶限流策略的可控整流波形(解鎖過程)圖。圖8為三相全控整流橋的驅(qū)動邏輯的切換圖。
具體實施方式
見圖1，本實施例的適于限流的三相全控整流裝置包括三相全控整流橋A、直流濾波電容C、三相橋式逆變器B和CPU單元；三相全控整流橋A的直流輸出端與直流濾波電容C的兩端及三相橋式逆變器B的直流電源輸入端相連；CPU單元與三相全控整流橋A的整流控制端及三相橋式逆變器B的逆變控制端相連；所述三相全控整流橋A的交流輸入端設(shè)有與所述CPU單元相連的電流互感器，直流濾波電容C的正、負極之間設(shè)有與所述CPU單元相連的電壓傳感器。在三相全控整流橋A的任意兩個交流輸入端中的分別串接一軟充電電路D ；該軟充電電路D包括晶閘管Tr、與該晶閘管Tr并聯(lián)的限流電阻R。所述三相全控整流橋A包括三組IGBT單元，各組IGBT單元包括上、下IGBT模塊， 各IGBT模塊包括IGBT和續(xù)流二極管，該續(xù)流二極管的陽極接IGBT的發(fā)射極，二極管的陰極接IGBT的集電極，各IGBT的柵極即為所述三相全控整流橋A的整流控制端；上IGBT模塊中的IGBT的發(fā)射極接下IGBT模塊中的IGBT的集電極；各上IGBT模塊中的IGBT的集電極接所述直流濾波電容C的正極，各下IGBT模塊中的IGBT的發(fā)射極接所述直流濾波電容 C的負極；各組IGBT單元中的上、下IGBT模塊的接點分別與三相交流電源中的一相相連。當CPU單元通過所述電流互感器測得三相全控整流橋A的交流輸入端接通三相交流電源時，CPU單元控制各晶閘管Tr和各IGBT模塊中的IGBT截止，三相全控整流橋A處于不控整流狀態(tài)；交流電源經(jīng)所述限流電阻R和三相全控整流橋A中的各IGBT模塊的續(xù)流二極管對直流濾波電容C進行預(yù)充電；由于電阻R的存在，限制了過沖電流；當CPU單元通過所述電壓傳感器測得直流濾波電容C兩端的直流電壓ud。穩(wěn)定后，CPU單元觸發(fā)各晶閘管 Tr導(dǎo)通，以旁路所述限流電阻R。此時由于所述直流電壓ud。存在一定的初始電壓，三相全控整流橋A兩側(cè)的壓差較小，從而使直流濾波電容C的充電電流相對較小，故而適于避免在三相全控整流橋與交流母線合閘瞬間造成器件損壞。本實施例的三相全控整流裝置的整流限流方法，包括當CPU單元開始控制三相全控整流橋A工作于可控整流狀態(tài)時，CPU單元通過所述電流互感器檢測三相全控整流橋A 的交流輸入端的三相交流瞬時電流ia、ib、i。。當所述三相交流瞬時電流ia、ib、i。的絕對值中的最大值Imax > IUm，且該最大瞬時電流的方向是流入三相全控整流橋A，則CPU單元控制該最大瞬時電流所在相上的所述下 IGBT模塊中的IGBT截止(并控制該相的上IGBT模塊的IGBT導(dǎo)通，但此時該相電流主要由該上IGBT模塊中的續(xù)流二極管流過)，并控制其余兩相的所述上IGBT模塊中的IGBT截止 (并控制該其余兩相上的所述下IGBT模塊的IGBT導(dǎo)通，但此時該兩相電流主要由相應(yīng)的下 IGBT模塊中的續(xù)流二極管流過)。當所述三相交流瞬時電流ia、ib、i。的絕對值中的最大值Imax > IUm，且該最大值對應(yīng)的瞬時電流的方向是流出三相全控整流橋A，則CPU單元控制該最大瞬時電流所在相上的所述上IGBT模塊中的IGBT截止(并控制該相上的所述下IGBT模塊的IGBT導(dǎo)通，但此時該相電流主要由該相上的所述下IGBT模塊中的續(xù)流二極管流過)，并控制其余兩相上的所述下IGBT模塊中的IGBT截止(并控制該其余兩相上的所述上IGBT模塊的IGBT導(dǎo)通，但此時該其余兩相電流主要由相應(yīng)的上IGBT模塊中的續(xù)流二極管流過)。所述Ium為所述三相全控整流橋A中的IGBT模塊的保護限值，該保護限值是IGBT 模塊的產(chǎn)品參數(shù)，可通過相應(yīng)的檢測或試驗而得出。所述晶閘管Tr采用一對反接的單向可控硅，也可采用單個雙向可控硅。本實施例的三相全控整流限流策略令Sx為χ相橋臂的開關(guān)函數(shù)，χ = a, b, c。當Sx為1時，χ相橋臂的上管導(dǎo)通， 下管截止；當民為0時，χ相橋臂的上管截止，下管導(dǎo)通。假設(shè)交流側(cè)電流流入橋臂的方向為正，并且令I(lǐng)fflax =max ( | i J , | ib |，ic|)(1)則令I(lǐng)um為整流橋功率器件的保護限值，若交流電流越限，即Ifflax > ILim(2)則功率器件的開關(guān)控制策略可由正常的高功率因數(shù)整流控制切換至其中，χ = a, b, c, y = a, b, c, ζ = a, b, c, χ, y, ζ 互不相同。上述式(1) (3)的含義是選擇三相交流瞬時電流ia、ib、i。絕對值中的最大值 Imax，若交流電流越限，S卩Imax > Ium，若X相電流值越限，且若ix > 0，則民為1，民和&為 0;若土
電，如圖2所示。由于直流電容已有較高電壓，因此可迫使、迅速下降回到限值范圍以內(nèi)， 如圖7所示。該策略不僅可有效地限制三流三相充電電流，并且可對電容器C進行平穩(wěn)充電，防止其振蕩過程。三相全控整流橋驅(qū)動邏輯的切換如圖8所示，該邏輯還可用于整流橋正常高功率因數(shù)整過程的過流抑制。圖8為包含限流策略的三相全控型高功率因數(shù)整流橋驅(qū)動邏輯圖，直流電壓參考
< 0，則 Sx*0，Sy*& 為 1。
分析其原理，假設(shè)a相電流的絕對值最大，且正向越限，即
此時控制策略切換至
此時電流ia、ib和i。分別從的1\、T4和T6續(xù)流二極管流過，并且給電容C繼續(xù)充值
權(quán)利要求1.一種適于限流的三相全控整流裝置，包括三相全控整流橋(A)、直流濾波電容(C)、 三相橋式逆變器(B)和CPU單元；三相全控整流橋(A)的直流輸出端與直流濾波電容(C)的兩端及三相橋式逆變器(B) 的直流電源輸入端相連；CPU單元與三相全控整流橋(A)的整流控制端及三相橋式逆變器 (B)的逆變控制端相連；所述三相全控整流橋(A)的交流輸入端設(shè)有與所述CPU單元相連的電流互感器，直流濾波電容(C)的正、負極之間設(shè)有與所述CPU單元相連的電壓傳感器；其特征在于在三相全控整流橋(A)的任意兩個交流輸入端中的分別串接一軟充電電路(D);該軟充電電路(D)包括晶閘管(Tr)、與該晶閘管(Tr)并聯(lián)的限流電阻(R)，晶閘管(Tr)的門極與所述CPU單元相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適于限流的三相全控整流裝置，其特征在于所述三相全控整流橋(A)包括三組IGBT單元，各組IGBT單元包括上、下IGBT模塊，各IGBT模塊包括IGBT和續(xù)流二極管，該續(xù)流二極管的陽極接IGBT的發(fā)射極，續(xù)流二極管的陰極接IGBT 的集電極，各IGBT的柵極即為所述三相全控整流橋(A)的整流控制端；上IGBT模塊中的 IGBT的發(fā)射極接下IGBT模塊中的IGBT的集電極；各上IGBT模塊中的IGBT的集電極接所述直流濾波電容(C)的正極，各下IGBT模塊中的IGBT的發(fā)射極接所述直流濾波電容(C)的負極；各組IGBT單元中的上、下IGBT模塊的接點分別與三相交流電源中的一相相連。
專利摘要本實用新型涉及一種可防止在三相全控整流橋與交流母線合閘瞬間造成器件損壞的適于限流的三相全控整流裝置，其包括三相全控整流橋、直流濾波電容、三相橋式逆變器和CPU單元；所述三相全控整流橋的交流輸入端設(shè)有電流互感器，直流濾波電容的正、負極之間設(shè)有與所述CPU單元相連的電壓傳感器；其特征在于在三相全控整流橋的任意兩個交流輸入端中的分別串接一軟充電電路；該軟充電電路包括晶閘管、與該晶閘管并聯(lián)的限流電阻。
文檔編號H02M7/219GK201947190SQ20112001532
公開日2011年8月24日 申請日期2011年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月18日
發(fā)明者楊振宇 申請人:江蘇省電力公司常州供電公司