[發明專利]一種變頻器預充電控制裝置及其方法

有效

• 申請號: 201110075271.X
• 申請日: 2011-03-28
• 公開（公告）號: CN102130616A
• 公開（公告）日: 2011-07-20
• 發明（設計）人: 蔡杰;劉海濤;王婷;楊林
• 申請（專利權）人: 株洲南車時代電氣股份有限公司
• 主分類號: H02M7/219
• 分類號: H02M7/219;H02M1/088;H02J15/00
• 代理公司: 上海碩力知識產權代理事務所 31251
• 代理人: 王法男

技術領域

本發明涉及一種預充電控制裝置及其方法，尤其是涉及一種對變頻器預充電電路進行控制的裝置及其方法。

背景技術

隨著電力電子技術的發展和變頻器技術研究的深入，變頻器日益廣泛地被應用到風機、水泵、壓縮機等大功率機械設備的驅動系統中。但是變頻器在每次開機運行時，需要先建立直流母線電壓。因此整個系統在上電時，對巨大的輸入沖擊電流進行抑制是十分必要的，這時就迫切需要一種合適的預充電電路來減小沖擊電流，即di/dt電流的變化率。使其對電網和本系統的沖擊降低到合理的范圍，從而提高系統的可靠度，也減小對電網的干擾。

目前，市面上的變頻器在整流電路后邊設置了預充電電路，這樣做的好處是變頻器啟動時可以減少輸入沖擊電流。預充電電路的經典設計方法一般是在整流電路后接一個或者多個充電電阻，當直流環節電容充電完畢后，再將充電電阻短路掉，上電完成。但這種預充電電路存在充電電阻易燒損、接觸器體積較大、成本較高等缺點。

預充電電路是變頻器的一個重要環節，完成的主要功能是當系統上電時，先對直流環節的儲能電容進行預充電，這樣做的好處是：由于電容初始狀態相當于短路，就會使儲能電容在上電瞬間通過很大的電流，電容的壽命會大受影響，且會有爆炸的危險。

目前，變頻器所采用的預充電電路一般是在整流電路后跨接充電電阻的模式完成預充電。預充電電路基本模式如下圖1所示，預充電電路包括三相不控整流橋21、充電電阻22、接觸器23和直流環節儲能電容24。即當三相交流電源剛接通時，接觸器23處于斷開狀態，此時三相交流電源通過充電電阻22，并經由二極管組成的三相不控整流橋21整流，給直流環節儲能電容24充電。當電壓達到一定程度時，接觸器23吸合并把充電電阻22短路，此時變頻器可以開始工作。

該方案目前應用比較廣泛，但是缺點也比較明顯：

（1）由于其結構復雜，特別是接觸器、充電電阻等元件成本高、體積大，制約了變頻器的生產成本和體積；

（2）充電電阻易損壞，且損壞后會造成變頻器不啟動；

（3）接觸器在頻繁啟動的工作場合，壽命不僅會大大縮減，而且會影響變頻器正常工作；

（4）由于充電電阻已經固定，因此電容的充電電流不可調整。

在現有技術中主要存在以下三篇文獻：

現有技術1為由安徽頤和新能源科技股份有限公司于2009年3月5日申請，2010年1月20日公開，公開號為CN201388156的中國實用新型專利，具體公開了一種新型級聯型高壓變頻器預充電電路，包括有同電源三相線相連接的導線，以及一個直流的母線電容，還包括三相半控橋式整流電路，RC吸收電路，充電支路，高頻電容，平波電感。由于對比文件1是將級聯型高壓變頻器功率單元的輸入二極管整流橋改造為三相半控橋式整流，通過一個預充電電路使功率單元直流母線被預充至額定電壓值，從而避免了上電時母線電容因承受極高的di/dt值，使其提前失效；也避免其整流二極管因承受超過其耐受能力的di/dt值而造成損壞，引起整個單元故障而退出。

現有技術2為由上海新時達電氣有限公司于2006年12月13日申請，2007年8月8日公開，公開號為CN101013855A的中國發明專利申請，具體公開了一種變頻器的預充電電路，包括：電解電容、充電電阻、繼電器、第一整流橋、三相380V輸入；還包括一個電源接口；所述電源接口的二端分別通過第一熱敏電阻或者第一鋁殼電阻器、第二熱敏電阻或者第二鋁殼電阻器與第二整流橋的交流端相連；第二整流橋的直流端分別通過第一二極管和第二二極管與電解電容二端相連。

現有技術3為由上海新時達電氣有限公司，上海新格林納新時達電機有限公司于2009年2月13日申請，2010年1月20日公開，公開號為CN201388162的中國實用新型專利，具體公開了一種變頻器的預充電控制電路，由可控硅組成的整流橋上通入三相交流電壓時，由于可控硅觸發控制模塊還沒有足夠的工作電源，整流橋上的可控硅處于未觸發狀態，此時，系統將通過預充電模塊給電解電容充電，當充電至一定電壓后，可控硅觸發控制模塊開始有了工作電源并開始工作；可控硅觸發控制模塊開始工作后，就持續不斷地采樣三相交流輸入電壓，并與預定的參考值進行比較，當采樣值大于預定參考值時，將輸出開通觸發信號給可控硅，實現三相整流輸出，此后，電流幾乎不再流經預充電電路，從而實現變頻器的預充電控制功能。

上述現有技術1、2、3僅通過優化整流環節主電路設計完成預充電電路設計，均存在一定的局限性。

發明內容