[實用新型]三電平集成門極換向晶閘管變頻器橋臂直通保護器

有效

• 申請號: 200820073846.8
• 申請日: 2008-02-03
• 公開（公告）號: CN201160258Y
• 公開（公告）日: 2008-12-03
• 發明（設計）人: 楚子林;徐道恒;伍豐林;許希;劉國林;趙相賓;郭培建;金雪峰;王國建;張向前
• 申請（專利權）人: 天津電氣傳動設計研究所
• 主分類號: H02M1/32
• 分類號: H02M1/32;H02H7/122;H02M5/45
• 代理公司: 天津市鼎和專利商標代理有限公司
• 代理人: 崔繼民

技術領域

本實用新型屬于大功率中壓變頻交流調速裝置中的橋臂直通保護器，特別是涉及一種在發生橋臂直通故障時能有效保護三電平集成門極換向晶閘管電壓源型中壓變頻器的三電平集成門極換向晶閘管變頻器橋臂直通保護器。

背景技術

集成門極換向晶閘管(IGCT)是一種目前用于電力變換的先進的大功率半導體開關器件，具有導通電流大、通態管壓降低、以及快速關斷的特點，是目前制造大功率三電平中壓變頻器的主要功率開關器件。

圖1所示為一個有源前端型三電平IGCT電壓源型三相中壓變頻器。在由于IGCT器件失效、或反向并聯的快恢復續流二極管反向擊穿、或外部觸發控制回路的硬件故障、或控制軟件編寫錯誤等情況下，某一相橋臂可能會出現直通短路(見圖2)。橋臂直通短路可以有多種情況，圖2中僅畫出其中4種。

IGCT的致命缺點是一旦流過它的電流超過其關斷電流，將不能關斷。直通短路情況下流過直通橋臂IGCT的電流大大超過其關斷電流，所以該橋臂IGCT不能關斷。由于回路電感很小(5～20μH)，如果沒有保護措施，直流電容通過直通橋臂放電的電流將迅速上升，并超過IGCT允許的浪涌電流，使橋臂IGCT損壞。

解決上述直通短路問題、保護IGCT，大致有兩類方法：一類是斷路的方法，即采用斷路器件(如快速熔斷器、更大電流的IGCT器件等)串聯在直流母線上，直通短路時將IGCT的電流通路斷開；另一類是旁路分流的方法，即采用半導體開關器件與IGCT回路并聯，并設計使旁路分流回路的阻抗小于IGCT橋臂阻抗，在IGCT橋臂直通短路時，開通旁路分流，迅速泄放直流回路的能量，使IGCT橋臂直通短路時的最大浪涌電流小于允許值，達到保護IGCT的目的。

目前現有的快速熔斷器，一般其熔斷時間在幾ms到10ms，而上述直通故障電流的上升率一般在數百A/μs，其有效保護動作必須在十幾μs至幾十μs內啟動，因此現有快速熔斷器的響應時間過慢，不能滿足需要；同時快速熔斷器要做到中壓、大電流，在制造工藝上也相當困難，散熱以及損耗成為非常棘手的問題，處理不好將使其爆炸；即便有了這種快速熔斷器，在熔斷時斷口處產生的較大過電壓也可能導致IGCT直接損壞，使這種斷路保護的方法基本不適宜采用。

斷路的另一種方法是采用更大電流的IGCT器件串聯在直流母線上，它基本克服了上述快速熔斷器斷路方法的缺點，至于斷路過電壓，可通過并聯在保護用IGCT上的電阻緩沖。但這種方法有局限性，它適合于變頻器所用IGCT元件電流較小(輸出功率較小)情況，如果變頻器所用IGCT已經是最大電流規格的，則不適合采用這個方法。此外，由于IGCT本身價格較高，采用這個方法的成本相對較高。

斷路保護的另一個缺點是保護元件串聯在直流回路中，正常工作時流過直流電流，增加了導通損耗，如果采用IGCT還需加散熱器。

旁路分流的方法克服了上述斷路保護的缺點，是目前大功率三電平IGCT電壓源型中壓變頻器較為合適有效的直通短路保護方法。

發明內容

本實用新型為解決公知技術中存在的技術問題而提供一種在發生橋臂直通故障時能有效保護三電平集成門極換向晶閘管電壓源型中壓變頻器的三電平集成門極換向晶閘管變頻器橋臂直通保護器。

本實用新型為解決公知技術中存在的技術問題所采取的技術方案是：一種三電平集成門極換向晶閘管變頻器橋臂直通保護器，所述的橋臂直通保護器并聯設置在由依次并聯的整流器、直流濾波電容和逆變器構成的三電平集成門極換向晶閘管電壓源變頻器的直流回路中，所述的橋臂直通保護器包括有保護單元、與保護單元相連的橋臂直通保護控制單元，以及與橋臂直通保護控制單元相連的多個橋臂直通信號檢測單元。

所述的橋臂直通保護器并聯在三電平集成門極換向晶閘管電壓源變頻器直流回路中的直流濾波電容的兩端。

所述的多個橋臂直通信號檢測單元分別連接在三電平集成門極換向晶閘管電壓源變頻器的每個橋臂電流上升率限制電抗器的兩端。

所述的保護單元包括有構成三電平集成門極換向晶閘管電壓源變頻器橋臂直通的正向浪涌電流旁路回路，和構成三電平集成門極換向晶閘管電壓源變頻器橋臂直通的反向浪涌電流旁路回路。

所述的正向浪涌電流旁路回路是由正向并聯在直流母線上的晶閘管V1、V2構成，所述的晶閘管V1、V2的觸發端與橋臂直通保護控制單元相連接。

所述的反向浪涌電流旁路回路是由反向并聯在直流母線上的二極管D1、D2構成。

所述的正向浪涌電流旁路回路和反向浪涌電流旁路回路中還串聯高能無感電阻。