可控硅整流回馈装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种可控硅整流回馈装置。该整流回馈装置包括正组可控硅整流器，并且还包括：单相桥式变流回路，该单相桥式变流回路包括与该正组可控硅整流器的输出相连接的第一输入端和第二输入端，以及包括第一输出端和第二输出端，其中，该第一输入端分别连接有第一二极管和第一可控功率器件，该第二输入端分别连接有第二可控功率器件和第二二极管；控制单元。本发明专利技术的可控硅整流回馈装置，可实现整流和能量回馈功能，并且能够实现电网侧比较高的功率因数，避免逆变故障的发生或者避免故障扩大。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及交直交变频器，更具体地，是一种可控硅整流回馈装置。
技术介绍
在交直交电压型变频调速装置的主回路中，主要包括三大组成部分，结合图1，该三个部分包括：整流器（Rectifier），其主要功能是把交流电整流成直流；中间滤波回路（DC LINK），其对整流器输出的脉动电压进行滤波，降低电压脉动幅度，提供稳定的直流电压；逆变器（Inverter），其重要是把直流电逆变成电压与频率均可调的交流电，从而给交流电机供电。 在驱动位能性负荷,或需要快速制动的场合，或需正反转快速切换的场合，电机转轴上的机械能转化为电能，通过逆变器回馈到直流回路，导致直流回路的电压快速升高。由于变频器使用的功率器件承受过电压的能力有限，一旦直流回路过电压超过一定值，可能导致功率器件因过电压而击穿。为抑制直流回路电压升高，可采取两种措施，一是在变频装置中配置能量回馈电路，把直流回路的能量回馈到交流电网，以达到节能；二是通过在变频装置中设置直流制动回路，把直流回路的能量消耗到制动电阻上，从而将电机的机械能转化为热能消耗掉，这样导致能量的浪费。 一般而言，对于小容量的变频器，可采用直流制动的方法来抑制直流回路电压的升高。但对于中、大容量变频器来说，如采用直流制动的方法，需配置比较大的直流制动电路，这样既浪费宝贵能量，还导致变频器内部温度或电气室温度升高。所以，对中、大容量变频器来说，需采用在整流器中配置能量回馈电路的方案，把电机制动能量回馈到电网，从而达到节能目的。 目前，整流回馈电路主要有三种方式。一是由可控硅正反组桥并联形成的公共整流器；二是SLM（Smart Line Module，智能电源型）整流器；三是ALM（Active Line Module，有源电源型）整流器。如图2所示，可控硅正反组桥反并联组成的公共整流器包括正组桥6个可控硅元件（V11-V16）及与之反并联的反组桥6个可控硅元件（V21-V26组成）。当正组桥可控硅V11-V16工作在整流状态时，整流器输出电压为上正下负。当直流回路电压升高，反组桥可控硅V21-V26工作在逆变状态，把直流回路能量回馈到交流电网中去。 可控硅为半控器件，一旦导通后，不能通过门极脉冲来控制其关断，必须使可控硅的阳极与阴极之间承受一定反压，才能使可控硅可靠关断。在可控硅工作在逆变状态时，如果电网电压跌落，可控硅可能逆变颠覆。参照图2，当可控硅V21-V26工作在逆变状态，假设原先导通的可控硅为V22和V23；如在图3中P点时刻，要实现电流从c相换流到a相，触发可控硅V24；V24导通后，直流N侧电位与交流a相电位一致。由于此时相电压Ua大于Uc，可控硅V22承受反向电压而关断，能安全实现逆变换流。但如果在换流瞬间电网电压跌落，或电网受干扰出现电压畸变，可能导致图3中可控硅V22不能可靠关断，经过一定时间（如3.33ms）后，触发可控硅V25，出现直流桥臂上下直通的现象，这就是通常所说的逆变颠覆。逆变颠覆导致直流短路，可能损坏功率器件，甚至导致交流电网短路，造成故障扩大。 SLM整流器与ALM整流器结构一致，结构简图如图4所示。均采用6个二极管及6个可关断功率器件（如IGBT、IGCT、IEGT、GTO等）组成的三相桥式整流回馈电路。但二者的控制方式不同，外围滤波电路也不同。SLM整流器通过相对短路阻抗为4%的交流电抗器与电网相连，采用二极管整流，输出直流电压不可控。当直流回路电压超过额定直流电压一定值后，在每相交流电压的自然换相点触发可控功率器件，实现能量回馈到交流电网。ALM整流器输出直流电压可控，即通过直流电压、电流双闭环调节器，控制PWM调制相位与幅值来维持直流回路电压的稳定。ALM整流器抑制电网波动能力比较强，可实现电网侧功率因数为1，从而降低电网侧谐波；但ALM整流器价格昂贵，需要配置专用滤波电路。 可控硅相比于可控功率器件来说，具有一定优势。可控硅可以承受高电压、高电流，而且可控硅的制造技术也十分成熟；并且，可控硅控制与应用技术成熟，成本较低。所以，在交直交变频装置中，仍然广泛采用可控硅整流器。但其致命弱点是对电网电压畸变与波动比较敏感，容易发生逆变颠覆的故障。 为避免可控硅整流器出现逆变颠覆故障，或避免故障扩大，一些制造厂家采取了相应措施。如部分整流器反组桥通过自藕变压器供电和抬高反组桥交流输入电压，提高反组桥可控硅逆变触发角，这可在一定程度上抗电网电压波动，避免逆变颠覆。但当电网电压大幅下降时，该措施仍然无法避免逆变颠覆的发生。也有部分厂家提供了OCP（Over Current Protection，过电流保护）装置，即在可控硅整流器与变频器之间，串接一可控功率器件，并在可控功率器件的两端反并联续流二极管。对交流电网电压以及变频器直流回路电流进行检测，一旦检测到电网电压跌落或直流回馈电流太大时，立即发出防逆变颠覆控制信号，迅速关断中间回路的可控功率器件，从而切断逆变器向可控硅整流装置回馈能量的通路。 公告号为CN100588063C，专利技术名称为“一种三相晶闸管全控桥有源逆变器逆变颠覆保护器”的专利公开的方案与上述OPC装置原理相似，它是在可控硅整流回馈的输出与逆变器之间串接一IGBT可控功率器件，并在IGBT的两端反并联续流二极管。 公告号为CN2765390Y，技术名称为“具有逆变颠覆保护的中压异步电动机斩波式串级调速装置”的专利公开的方案是在中压异步电动机斩波式串级调速装置的不可控整流器与晶闸管逆变器装置中设置由IGBT组成的逆变颠覆保护器，一旦检测到逆变颠覆信号，立即关断IGBT，切断整流器与逆变器之间的通路，从而实现逆变颠覆保护，解决因电网故障而损坏设备的问题。 公告号为CN201315549Y，技术名称为“一种三逻辑正弦脉宽调制整流器”的专利提供的方案为一种具备功率因数高、无高次谐波特点的三逻辑正弦脉宽调制整流器，即ALM整流器。首先，在网侧端进行电压过零检测，把电压过零点的信息输入DSP（数字信号处理器），DSP产生六路驱动信号经过后续电路功率放大和电气隔离后，驱动开关管。它与传统的晶闸管组成的相控整流电路相比，除了具备能量回馈、四象限运行的优点之外，还可消除网侧电流的各次谐波，提高系...

【技术保护点】
一种可控硅整流回馈装置，包括正组可控硅整流器，该正组可控硅整流器连接有三相交流电源，其特征在于，该可控硅整流回馈装置还包括：单相桥式变流回路，该单相桥式变流回路包括与该正组可控硅整流器的输出相连接的第一输入端和第二输入端，以及包括第一输出端和第二输出端，其中，该第一输入端分别连接有第一二极管和第一可控功率器件，该第二输入端分别连接有第二可控功率器件和第二二极管，并且，该第一二极管的电流输出端和该第二可控功率器件的电流输入端与该第一输出端相连接，该第一可控功率器件的电流输出端和该第二二极管的电流输入端与该第二输出端相连接；检测单元，用于对该三相交流电源的交流信号进行检测，以及用于对该单相桥式变流回路的直流输出进行检测；控制单元，用于接收检测单元检测的该交流信号及该直流信号，并发送打开执行指令以开启该第一可控功率器件和该第二可控功率器件，或发送关断执行指令以关断该第一可控功率器件和该第二可控功率器件。

【技术特征摘要】
2013.05.21 CN 201310190473.81.一种可控硅整流回馈装置，包括正组可控硅整流器，该正组可
控硅整流器连接有三相交流电源，其特征在于，该可控硅整流回馈装
置还包括：
单相桥式变流回路，该单相桥式变流回路包括与该正组可控硅整
流器的输出相连接的第一输入端和第二输入端，以及包括第一输出端
和第二输出端，其中，该第一输入端分别连接有第一二极管和第一可
控功率器件，该第二输入端分别连接有第二可控功率器件和第二二极
管，并且，该第一二极管的电流输出端和该第二可控功率器件的电流
输入端与该第一输出端相连接，该第一可控功率器件的电流输出端和
该第二二极管的电流输入端与该第二输出端相连接；
检测单元，用于对该三相交流电源的交流信号进行检测，以及用
于对该单相桥式变流回路的直流输出进行检测；
控制单元，用于接收检测单元检测的该交流信号及该直流信号，
并发送打开执行指令以开启该第一可控功率器件和该第二可控功率器
件，或发送关断执行指令以关断该第一可控功率器件和该第二可控功
率器件。
2.根据权利要求1所述的可控硅整流回馈装置，其特征在于，所
述控制单元包括整流状态判断模块、逆变判断模块、逆变颠覆预警模
块以及执行模块，并且：
当该整流状态判断模块判断所述正组可控硅整流器工作在整流状
态时，所述控制单元通过该执行模块发送所述关断执行指令关断所述
第一可控功率器件和所述第二可控功率器件；
当该逆变判断模块判断所述正组可控硅整流器工作在待逆变状态
时，所述控制单元通过该执行模块发送所述开启执行指令开启所述第
一可控硅功率器件和所述第二可控硅功率器件；
当该逆变颠覆预警模块判断所述正组可控硅整流器工作在回馈状
态，并且所述交流信号中的交流电压低于额定交流电压预定阈值时，
所述控制单元发送所述关断执行指令关断所述第一可控功率器件和所
述第二可控功率器件。
3.根据权利要求2所述的可控硅整流回馈装置，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄志刚，刘珧，廖国斌，陈雾，张林，刘俊岭，杨伟军，
申请(专利权)人：宝山钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31