[发明专利]一种级联拓扑变频器及其旁路拓扑

说明书

技术领域

本发明涉及电力电子技术，更具体地说，涉及一种级联拓扑变频器及其旁路拓扑。

背景技术

随着现代电力电子技术和微电子技术的迅猛发展，高压大功率变频器不断地成熟起来，特别是高压器件应用的可靠性还不是太高且价格昂贵的情况下，近年来人们通过低压的功率单元级联的方式使这一问题得到了很好的解决，因此级联拓扑变频器应用的领域和范围也越来越广泛，这使得高效、合理地利用能源(尤其是电能)成为了可能。

图1是6kV输入6kV输出的级联拓扑变频器的结构示意图，该级联拓扑变频器包括移相变压器T11和三相级联设置的15个功率单元(Power Cell)，其中，每相由5个功率单元级联输出，该5个低压的功率单元通过级联的方式输出高压。图2是图1中一个功率单元的电路图，该功率单元包括H逆变桥，结合图1和图2，移相变压器T11的一个副边绕组的三相(U、V、W)输出电压经二极管整流桥整流为直流电压，然后，H逆变桥将该直流电压逆变为交流电压。在级联拓扑变频器中，功率单元A1、A2、A3、A4、A5级联输出U相电压，即，功率单元A1的第一级联端Vout_L(即H逆变桥的第一输出端)连接功率单元A2的第二级联端Vout_N(即H逆变桥的第二输出端)，功率单元A2的第一输出端Vout_L连接功率单元A3的第二级联端Vout_N，功率单元A3的第一级联端Vout_L连接功率单元A4的第二级联端Vout_N，功率单元A4的第一输出端Vout_L连接功率单元A5的第二级联端Vout_N，功率单元A5的第一级联端Vout_L输出该级联拓扑变频器的U相电压。同样地，级联设置的功率单元B1、B2、B3、B4、B5输出该级联拓扑变频器的V相电压，级联设置的功率单元C1、C2、C3、C4、C5输出该级联拓扑变频器的W相电压，所输出的三相电压为负载电机M供电。

但在上述级联拓扑变频器中，若任意一个功率单元因发生故障而无输出时，将导致整个变频器停机，由于变频器内功率单元的数目很多，单功率单元的故障率将导致整机的故障率倍增，使变频器的可运行性降低。

为使上述级联拓扑变频器可靠运行，现有技术的一般的做法是将断路器开关柜与变频器并联，在变频器发生故障时，闭合断路器，用移相变压器的原边三相输入电压直接拖动负载电机。但采用这种方式，由于用户需要先对变频器的故障作出反应，然后再拨动断路器开关，显然切换时间太长，如故障发现不及时会导致负载电机的停转，对生产生活造成巨大损失，同时会导致负载的功率因数降低，无法节能运行，这些缺陷是很多选用级联拓扑变频器拖动负载电机的用户无法接受的。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述变频器发生故障时旁路切换时间过长的缺陷，提供一种旁路切换时间短的级联拓扑变频器的旁路拓扑。

本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：构造一种级联拓扑变频器的旁路拓扑，所述级联拓扑变频器包括主控制器及三相级联设置的若干功率单元，所述功率单元包括H逆变桥、主驱动模块，所述主控制器通过所述若干功率单元的主驱动模块控制所述若干功率单元的H逆变桥，所述旁路拓扑包括旁路控制器、与所述若干功率单元一一对应的若干旁路驱动模块和若干接触器，其中，当存在功率单元发生故障时，所述主控制器将故障功率单元的故障状态发送至所述旁路控制器，所述旁路控制器通过相应的旁路驱动模块控制相应的接触器，所述相应的接触器将所述故障功率单元由正常状态切换至旁路状态。

在本发明所述的级联拓扑变频器的旁路拓扑中，所述接触器为双开双闭接触器，所述双开双闭接触器的两个常闭触头分别连接所述H逆变桥的第一输出端和所述功率单元的第一级联端，所述双开双闭接触器的两个常开触头分别连接所述H逆变桥的第二输出端和所述功率单元的第一级联端，所述H逆变桥的第二输出端连接所述功率单元的第二级联端。

在本发明所述的级联拓扑变频器的旁路拓扑中，所述接触器为一组互锁的常开接触器和常闭接触器，所述常闭接触器的两个常闭触头分别连接所述H逆变桥的第一输出端和所述功率单元的第一级联端，所述常开接触器的两个常开触头分别连接所述H逆变桥的第二输出端和所述功率单元的第一级联端，所述H逆变桥的第二输出端连接所述功率单元的第二级联端。