[發明專利]具有集成固態斷路器的可調速驅動及其操作方法

在審

• 申請號: 201880053827.5
• 申請日: 2018-08-30
• 公開（公告）號: CN111033925A
• 公開（公告）日: 2020-04-17
• 發明（設計）人: H·李;S·奧布賴恩;T·M·魯希蒂
• 申請（專利權）人: 伊頓智能動力有限公司
• 主分類號: H02H7/12
• 分類號: H02H7/12;H02M1/32;H02H7/125
• 代理公司: 北京泛華偉業知識產權代理有限公司 11280
• 代理人: 王勇

本發明公開了一種具有集成在其中的固態斷路器(76,78)的功率轉換電路(50)。在描述為滿足UL489的公用電源和功率轉換設備之間具有斷開開關的情況下，功率轉換電路包括可連接到AC源的輸入、連接到輸入以將AC功率輸入轉換為DC功率的整流器電路(56)，以及耦接到整流器電路(56)以從其接收DC功率的DC鏈路(64)。整流器電路(56)包括多個相腳(62)，每個相腳上均包括上切換單元(76)和下切換單元(78)，其中每個相腳(62)上的上切換單元(76)和下切換單元(78)中的至少一個包括雙向切換單元，該雙向切換單元選擇性地控制電流并且承受兩個方向上的電壓，以便提供選擇性地中斷流過整流器電路的電流的斷路能力，同時保持初始功率轉換功能。

背景技術

本發明整體涉及可調速驅動(ASD)電路，并且更具體地講，涉及具有集成在其中的固態斷路器的ASD及其操作方法。

工業中常使用的執行功率轉換的一種類型的系統是ASD電路，也稱為變頻驅動(VFD)電路。ASD是一種工業控制裝置，其為驅動系統諸如AC感應電動機提供可變頻率、可變電壓操作。圖1中示出了典型的ASD電路10。ASD或VFD電路10包括設置在驅動輸入14和輸入整流器端子16之間的電磁干擾(EMI)濾波器12。端子連接到整流器橋18，該整流器橋將驅動輸入14處提供的AC輸入功率轉換為DC功率，其中整流器橋18為包括六個二極管20的布置的“無控制”整流器橋的形式，其中一對二極管20串聯布置在三個輸入相中的每一個上。ASD電路10還包括接收來自整流器橋18的DC功率的DC鏈路22；在整個DC鏈路22上具有一個或多個電容器26、28的DC鏈路電容器組24；與DC鏈路22上的整流器橋18的任一側串聯耦接并在其上的兩個電感器30(即，DC扼流板)；用于對所述DC鏈路電容器組24放電的制動斬波器32；用于將所述DC功率轉換為AC功率的逆變器34；耦接到所述逆變器34的輸出36；以及電阻器38，其與電容器26、28平行布置在整個DC鏈路22上，以便平衡電容器26、28的電壓并在電源斷開之后對它們放電。雖然圖1中未示出，但已知ASD電路還可包括預充電電路，以在上電期間控制并限制浪涌電流進入DC鏈路電容器組24中。

關于ASD電路的運行，已認識到關于ASD電路的安全性和功能已闡述了多種測試和標準，并且必須通過此類測試才能將電路判斷為符合此類標準。標準UL61800-5-1是美國ASD電路的管理安全標準，用于驗證針對驅動的任何已聲明的短路額定值，諸如例如100kA。標準UL61800-5-1要求部件故障測試下的ASD電路不會著火或遇到另一種不可接受的故障。即，認識到部件故障測試可導致橫跨電容器的短路，該短路將導致ASD電路失效，并且如果當一個電容器具有短路時允許功率繼續流向電容器組，則過壓條件將存在于非短路的電容器上。在電解電容器中，這種過壓狀況可使非短路電容器發生火災并且可能爆炸。

傳統上，使用ASD電路10外部(即，其外殼42的外部)的保險絲或斷路器40以及專門用于測試的單獨開關(例如接觸器)41來執行用于確定與UL61800-5-1的一致性的ASD電路的部件故障測試，如圖1所示。在測試期間發生短路的情況下，接觸器41用于使+/-DC鏈路短路，以便根據UL61800-5-1中的要求引入故障。然而，已認識到，傳統的斷路器具有有限的響應時間，并且當驅動內的部件短路發生時，將使能量從源傳遞到ASD電路。因此，即使在存在斷路器的情況下，也可能由于壓力過大的部件(諸如整流二極管或電容器故障)而發生對ASD電路的損壞，因為在斷路器響應時間期間流向驅動的額外能量可能足以引起此類部件故障。