[發(fā)明專利]可控硅整流回饋裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310425814.5
• 申請(qǐng)日: 2013-09-17
• 公開（公告）號(hào): CN104184343B
• 公開（公告）日: 2017-01-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃志剛;劉珧;廖國斌;陳霧;張林;劉俊嶺;楊偉軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 寶山鋼鐵股份有限公司
• 主分類號(hào): H02M7/162
• 分類號(hào): H02M7/162;H02M5/42;H02P27/06
• 代理公司: 北京金信知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司11225
• 代理人: 劉鋒,黃小棟

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及交直交變頻器，更具體地，是一種可控硅整流回饋裝置。

背景技術(shù)

在交直交電壓型變頻調(diào)速裝置的主回路中，主要包括三大組成部分，結(jié)合圖1，該三個(gè)部分包括：整流器（Rectifier），其主要功能是把交流電整流成直流；中間濾波回路（DC?LINK），其對(duì)整流器輸出的脈動(dòng)電壓進(jìn)行濾波，降低電壓脈動(dòng)幅度，提供穩(wěn)定的直流電壓；逆變器（Inverter），其重要是把直流電逆變成電壓與頻率均可調(diào)的交流電，從而給交流電機(jī)供電。

在驅(qū)動(dòng)位能性負(fù)荷,或需要快速制動(dòng)的場(chǎng)合，或需正反轉(zhuǎn)快速切換的場(chǎng)合，電機(jī)轉(zhuǎn)軸上的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，通過逆變器回饋到直流回路，導(dǎo)致直流回路的電壓快速升高。由于變頻器使用的功率器件承受過電壓的能力有限，一旦直流回路過電壓超過一定值，可能導(dǎo)致功率器件因過電壓而擊穿。為抑制直流回路電壓升高，可采取兩種措施，一是在變頻裝置中配置能量回饋電路，把直流回路的能量回饋到交流電網(wǎng)，以達(dá)到節(jié)能；二是通過在變頻裝置中設(shè)置直流制動(dòng)回路，把直流回路的能量消耗到制動(dòng)電阻上，從而將電機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為熱能消耗掉，這樣導(dǎo)致能量的浪費(fèi)。

一般而言，對(duì)于小容量的變頻器，可采用直流制動(dòng)的方法來抑制直流回路電壓的升高。但對(duì)于中、大容量變頻器來說，如采用直流制動(dòng)的方法，需配置比較大的直流制動(dòng)電路，這樣既浪費(fèi)寶貴能量，還導(dǎo)致變頻器內(nèi)部溫度或電氣室溫度升高。所以，對(duì)中、大容量變頻器來說，需采用在整流器中配置能量回饋電路的方案，把電機(jī)制動(dòng)能量回饋到電網(wǎng)，從而達(dá)到節(jié)能目的。

目前，整流回饋電路主要有三種方式。一是由可控硅正反組橋并聯(lián)形成的公共整流器；二是SLM（Smart?Line?Module，智能電源型）整流器；三是ALM（Active?Line?Module，有源電源型）整流器。如圖2所示，可控硅正反組橋反并聯(lián)組成的公共整流器包括正組橋6個(gè)可控硅元件（V11-V16）及與之反并聯(lián)的反組橋6個(gè)可控硅元件（V21-V26組成）。當(dāng)正組橋可控硅V11-V16工作在整流狀態(tài)時(shí)，整流器輸出電壓為上正下負(fù)。當(dāng)直流回路電壓升高，反組橋可控硅V21-V26工作在逆變狀態(tài)，把直流回路能量回饋到交流電網(wǎng)中去。

可控硅為半控器件，一旦導(dǎo)通后，不能通過門極脈沖來控制其關(guān)斷，必須使可控硅的陽極與陰極之間承受一定反壓，才能使可控硅可靠關(guān)斷。在可控硅工作在逆變狀態(tài)時(shí)，如果電網(wǎng)電壓跌落，可控硅可能逆變顛覆。參照?qǐng)D2，當(dāng)可控硅V21-V26工作在逆變狀態(tài)，假設(shè)原先導(dǎo)通的可控硅為V22和V23；如在圖3中P點(diǎn)時(shí)刻，要實(shí)現(xiàn)電流從c相換流到a相，觸發(fā)可控硅V24；V24導(dǎo)通后，直流N側(cè)電位與交流a相電位一致。由于此時(shí)相電壓U_a大于U_c，可控硅V22承受反向電壓而關(guān)斷，能安全實(shí)現(xiàn)逆變換流。但如果在換流瞬間電網(wǎng)電壓跌落，或電網(wǎng)受干擾出現(xiàn)電壓畸變，可能導(dǎo)致圖3中可控硅V22不能可靠關(guān)斷，經(jīng)過一定時(shí)間（如3.33ms）后，觸發(fā)可控硅V25，出現(xiàn)直流橋臂上下直通的現(xiàn)象，這就是通常所說的逆變顛覆。逆變顛覆導(dǎo)致直流短路，可能損壞功率器件，甚至導(dǎo)致交流電網(wǎng)短路，造成故障擴(kuò)大。

SLM整流器與ALM整流器結(jié)構(gòu)一致，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖4所示。均采用6個(gè)二極管及6個(gè)可關(guān)斷功率器件（如IGBT、IGCT、IEGT、GTO等）組成的三相橋式整流回饋電路。但二者的控制方式不同，外圍濾波電路也不同。SLM整流器通過相對(duì)短路阻抗為4%的交流電抗器與電網(wǎng)相連，采用二極管整流，輸出直流電壓不可控。當(dāng)直流回路電壓超過額定直流電壓一定值后，在每相交流電壓的自然換相點(diǎn)觸發(fā)可控功率器件，實(shí)現(xiàn)能量回饋到交流電網(wǎng)。ALM整流器輸出直流電壓可控，即通過直流電壓、電流雙閉環(huán)調(diào)節(jié)器，控制PWM調(diào)制相位與幅值來維持直流回路電壓的穩(wěn)定。ALM整流器抑制電網(wǎng)波動(dòng)能力比較強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)為1，從而降低電網(wǎng)側(cè)諧波；但ALM整流器價(jià)格昂貴，需要配置專用濾波電路。

可控硅相比于可控功率器件來說，具有一定優(yōu)勢(shì)。可控硅可以承受高電壓、高電流，而且可控硅的制造技術(shù)也十分成熟；并且，可控硅控制與應(yīng)用技術(shù)成熟，成本較低。所以，在交直交變頻裝置中，仍然廣泛采用可控硅整流器。但其致命弱點(diǎn)是對(duì)電網(wǎng)電壓畸變與波動(dòng)比較敏感，容易發(fā)生逆變顛覆的故障。