[实用新型]IGCT电压源型三电平中压变频器的桥臂直通保护器

说明书

技术领域

本实用新型属于一种大功率中压变频交流调速用变频器，特别是涉及一种在发生桥臂直通故障时能有效保护变频器的IGCT电压源型三电平中压变频器的桥臂直通保护器。

背景技术

IGCT(集成门极换向晶闸管)是一种应用于电力变换的大功率半导体开关器件，具有导通电流大、通态压降低、以及快速关断的特点，是目前制造大功率三电平中压变频器的主要功率开关器件。

图1所示的是一个有源前端型IGCT电压源型三电平中压变频器。在IGCT电压源型三电平中压变频器中，由于IGCT器件失效、或反向并联的快恢复续流二极管反向击穿、或外部触发控制回路的硬件故障、或控制软件编写错误等情况下，某一相桥臂可能会出现直通短路(如图2所示)。桥臂直通短路可以有多种情况，图2中仅画出其中4种。

IGCT的致命弱点是一旦流过它的电流超过其关断电流，将不能关断。直通短路情况下流过直通桥臂IGCT的电流将大大超过其关断电流，所以直通桥臂IGCT不能关断。由于桥臂回路电感很小(5~10μH)，如果没有保护措施，直流电容通过直通桥臂放电的电流将迅速上升，并超过IGCT允许的浪涌电流，使桥臂IGCT损坏。

解决上述直通短路问题、保护IGCT，大致有两类方法：一类是断路的方法，即采用断路器件(如快速熔断器、更大电流的IGCT器件等)串联在直流母线上，直通短路时将IGCT的电流通路断开；另一类是旁路分流的方法，即采用半导体开关器件与IGCT回路并联，并设计使旁路分流回路的阻抗小于IGCT桥臂阻抗，在IGCT桥臂直通短路时，开通旁路分流，迅速泄放直流回路的能量，使IGCT桥臂直通短路时的最大浪涌电流小于允许值，达到保护IGCT的目的。

目前，现有的快速熔断器，一般其熔断时间在几ms到10ms，而上述直通故障电流的上升率一般在数百A/μs，其有效保护动作必须在十几μs至几十μs内启动，因此现有快速熔断器的响应时间过慢，不能满足需要；同时快速熔断器要做到中压、大电流，在制造工艺上也相当困难，散热以及损耗成为非常棘手的问题，处理不好还可能爆炸。

断路的另一种方法是采用更大电流的IGCT器件串联在直流母线上，它的响应速度完全可以满足断路的要求。但这种方法仅适合于变频器所用IGCT元件电流较小(输出功率较小)情况，如果变频器所用IGCT已经是最大电流规格的，则不适合采用这个方法。此外，由于IGCT本身价格较高，采用这个方法的成本相对较高。

断路保护的另一个缺点是保护元件串联在直流回路中，正常工作时流过工作电流，增加了导通损耗，如果采用IGCT还需加散热器。旁路分流的方法克服了上述断路保护的缺点，是目前大功率IGCT电压源型三电平中压变频器桥臂直通较为合适有效的保护方法。

发明内容

本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题，提供一种在发生桥臂直通故障时能有效保护IGCT电压源型三电平中压变频器的IGCT电压源型三电平中压变频器的桥臂直通保护器。

本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题，提供一种IGCT电压源型三电平中压变频器的桥臂直通保护器，该桥臂直通保护器并联设置在由依次并联的整流器、直流滤波电容和逆变器构成的IGCT电压源型三电平中压变频器的直流回路中，包括有正向并联在直流正母线与直流零母线上的上组正向浪涌电流旁路吸收回路和上组反向浪涌电流旁路回路，以及正向并联在直流零母线与直流负母线上的下组正向浪涌电流旁路吸收回路和下组反向浪涌电流旁路回路。

所述的上组正向浪涌电流旁路吸收回路包括有：第一低压高能压敏电阻与第一陶瓷电阻相并联后，一端通过第一空芯电抗器连接到直流正母线上，另一端通过第一晶闸管连接到直流零母线上。

所述的上组反向浪涌电流旁路回路包括反向并联在直流正母线与直流零母线上的第一二极管。

所述的下组正向浪涌电流旁路吸收回路包括有：第二低压高能压敏电阻与第二陶瓷电阻相并联后，一端通过第二晶闸管连接到直流零母线上，另一端通过第二空芯电抗器连接到直流负母线上。

所述的下组反向浪涌电流旁路回路包括反向并联在直流零母线与直流负母线上的第二二极管。

本实用新型具有的优点和积极效果是：本实用新型的IGCT电压源型三电平中压变频器的桥臂直通保护器，采用相对廉价的普通晶闸管、快恢复二极管、压敏电阻、陶瓷电阻、空芯电抗器等构成IGCT电压源型三电平中压变频器的桥臂直通保护器4，造价低、可靠，在发生桥臂直通故障时能有效保护IGCT电压源型三电平中压变频器。