本发明专利技术公开一种三电平集成门极换向晶闸管电压源变频器桥臂直通保护器，所述的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三电平集成门极换向晶闸管电压源变频器的直流回路中，所述的桥臂直通保护器包括有保护单元、与保护单元相连的桥臂直通保护控制单元，以及与桥臂直通保护控制单元相连的多个桥臂直通信号检测单元。本发明专利技术能够迅速旁路和减小直通桥臂的短路电流；旁路由直通回路电感产生的反向浪涌电流；消耗直流母线能量和加快浪涌电流衰减过程；在检测到桥臂直通后，能够触发旁路晶闸管以旁路泄放直流能量，并向系统发出报警信号，使系统联锁保护。在发生桥臂直通故障时能有效保护三电平ＩＧＣＴ电压源型中压变频器。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于大功率中压变频交流调速装置中的桥臂直通保护器，特别是涉及一种在 发生桥臂直通故障时能有效保护三电平集成门极换向晶闸管电压源型中压变频器的三电 平集成门极换向晶闸管电压源变频器桥臂直通保护器。
技术介绍
集成门极换向晶闸管(IGCT)是一种目前用于电力变换的先进的大功率半导体开关 器件，具有导通电流大、通态管压降低、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所示为一个有源前端型三电平IGCT电压源型三相中压变频器。在由于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(见图2)。桥臂直通短 路可以有多种情况，图2中仅画出其中4种。IGCT的致命缺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的电流大大超过其关断电流，所以该桥臂IGCT不能关断。由于回 路电感很小(5 20 ^H)，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A4is，其有效保护动作必须在十几ns至几十^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，处理不好将使其爆炸；即便 有了这种快速熔断器，在熔断时断口处产生的较大过电压也可能导致IGCT直接损坏， 使这种断路保护的方法基本不适宜采用。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，它基本克服了 上述快速熔断器断路方法的缺点，至于断路过电压，可通过并联在保护用IGCT上的电 阻缓冲。但这种方法有局限性，它适合于变频器所用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，正常工作时流过直流电流， 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，是目前大功率三电平IGCT电压源型 中压变频器较为合适有效的直通短路保护方法。
技术实现思路
本专利技术为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种在发生桥臂直通故障时能有效 保护三电平集成门极换向晶闸管电压源型中压变频器的三电平集成门极换向晶闸管电压 源变频器桥臂直通保护器。本专利技术为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是 一种三电平集成门 极换向晶闸管电压源变频器桥臂直通保护器，所述的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三电平集成门极换向晶闸管电压源变频器 的直流回路中，所述的桥臂直通保护器包括有保护单元、与保护单元相连的桥臂直通保 护控制单元，以及与桥臂直通保护控制单元相连的多个桥臂直通信号检测单元。所述的桥臂直通保护器并联在三电平集成门极换向晶闸管电压源变频器直流回路中 的直流滤波电容的两端。所述的多个桥臂直通信号检测单元分别连接在三电平集成门极换向晶闸管电压源变 频器的每个桥臂电流上升率限制电抗器的两端。所述的保护单元包括有构成三电平集成门极换向晶闸管电压源变频器桥臂直通的正 向浪涌电流旁路回路，和构成三电平集成门极换向晶闸管电压源变频器桥臂直通的反向 浪涌电流旁路回路。所述的正向浪涌电流旁路回路是由正向并联在直流母线上的晶闸管VI、 V2构成， 所述的晶闸管VI、 V2的触发端与桥臂直通保护控制单元相连接。所述的反向浪涌电流旁路回路是由反向并联在直流母线上的二极管D1、 D2构成。 所述的正向浪涌电流旁路回路和反向浪涌电流旁路回路中还串联高能无感电阻。 所述的每一个桥臂直通信号检测单元包括有连接有分别连接在桥臂电流上升率限制 电抗器两端的限流电阻R101、 R102，分别与限流电阻RIOI、 R102的另一端相连的反向 保护二极管DIOI以及与反向保护二极管DIOI两端相连的光纤发送器NIOI，光纤发送 器NIOI通过光纤与桥臂直通保护控制单元相连。所述的桥臂直通保护控制单元包括直通信号接收环节、直通信号滤波延时、记忆、 复位和放大输出电路、及两个相同的晶闸管触发控制环节，其中所述的直通信号接收环 节通过光纤接收桥臂直通信号检测单元所发出的信号，经直通信号滤波延时、记忆、复 位和放大输出电路，向晶闸管触发控制单元发送信号，同时也向系统发出直通报警信号；所述的晶闸管触发控制环节接收直通信号，即滤波延时、记忆、复位和放大输出电路的 信号，并根据所接收的信号控制触发晶闸管V1、 V2。所述的与多个桥臂直通信号检测单元中的光纤发送器N101对应连接的多个光纤接 收环节为相同的结构，每个光纤接收环节是由光纤接收器N201和分别与其相连的电阻 R201、 二极管D201构成，各光纤接收环节的二极管D201阴极相互连接后通过4-二或非 门N211与驱动芯片N212相连，驱动芯片N212分别驱动发送器向晶闹管触发控制环节 发送保护控制信号，以及向系统发出直通报警信号；所述的晶闸管触发控制环节包括有 触发脉冲隔离电源电路、由光纤发送器N221和光纤接收器N222构成的触发脉冲隔离环 节，光纤接收器N222和触发脉冲隔离电源电路还分别与触发脉冲形成电路相连，触发脉 冲形成电路与触发脉冲放大电路相连，所述的触发脉冲放大电路的输出端对应连接正向 并联在直流母线上的晶闸管Vl/V2的门极和阴极。本专利技术具有的优点和积极效果是本专利技术的三电平集成门极换向晶闸管电压源变频 器桥臂直通保护器，能够迅速旁路和减小直通桥臂的短路电流；旁路由直通回路电感产 生的反向浪涌电流；消耗直流母线能量和加快浪涌电流衰减过程；在检测到桥臂直通后， 能够触发旁路晶闸管以旁路泄放直流能量，并向系统发出报警信号，使系统联锁保护。 本专利技术采用相对廉价的普通晶闸管、二极管、无感电阻等构成三电平IGCT电压源型中 压变频器桥臂直通保护器，造价低、可靠，在发生桥臂直通故障时能有效保护三电平IGCT 电压源型中压变频器。附图说明图1是有源前端型三电平IGCT电压源型三相中压变频器的电路原理图； 图2是三电平IGCT电压源型中压变频器桥臂直通的三种情况的示意图； 其中图2a为由于V11 (或V13)控制失效、Vll (或V13)控制错误导致的桥臂 直通的情况；图2b为由于V12 (或V14)控制失效、或V12 (或V14)控制错误导致的 桥臂直通的情况；图2c为由于桥臂中任本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种三电平集成门极换向晶闸管电压源变频器桥臂直通保护器，其特征是：所述的桥臂直通保护器（４）并联设置在由依次并联的整流器（１）、直流滤波电容（２）和逆变器（３）构成的三电平集成门极换向晶闸管电压源变频器的直流回路中，所述的桥臂直通保护器（４）包括有保护单元（５）、与保护单元（５）相连的桥臂直通保护控制单元（６），以及与桥臂直通保护控制单元（６）相连的多个桥臂直通信号检测单元（７）。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：楚子林，徐道恒，伍丰林，许希，刘国林，赵相宾，郭培建，金雪峰，王国建，张向前，
申请(专利权)人：天津电气传动设计研究所，
类型：发明
国别省市：12[中国|天津]
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