一种通用型高压变流器启动装置的制作方法

1.本发明属于高压变流器的启动技术领域，更具体地，涉及一种通用型高压变流器启动装置。


背景技术：

2.随着高压直流系统在船舶上的成功应用，4kv及以上的变流器被广泛应用在推进及发射系统中，高压变流器在每次开机运行时，需要先建立直流母线电压，而其中功率单元和直流母线一般有许多直流电容器，如果装置直接上电会产生的巨大的冲击电流。因此需要采用预充电装置减小冲击电流，使其对电网和本系统的冲击降低到合理范围，从而提高系统的可靠度，也减小对电网的干扰。
3.目前，针对高压变流器装置预充电方法主要有两种。一种方法是在变流器的高压输入侧安装抑制电路，该电路由充电回路开关k1、充电电阻r1和与之并联的主回路开关k2组成，串联在高压电源与高压变流器的输入端之间。在高压上电前，主回路开关k2处于断开状态，通过充电回路开关k1及充电电阻r1对变流器进行充电，充电完成后闭合主回路开关k2，充电过程结束。由于该电路属于高压电路，所用的器件均为高压器件，所用成本高且能耗大。另一种方法是高压变频器在整流变压器内增加辅助绕组，通过低压电源和充电电阻向整流变压器的辅助绕组原边绕组供电，通过整流变压器在副边绕组上产生感应电压，通过变频器自带的整流回路对直流电容进行充电。充电完成后，闭合主回路开关，断开充电电路。该方案仅适用于交流输入系统，通过整流变压器辅助绕组激磁，稳态激磁电流较大，过大的激磁电流会在充电电阻上产生很大压降，需采用多组大功率电阻，分别串联接触器逐组切除，体积大，成本高，效率低且无法实现高压逆流器的充电。
4.因此，如何解决上述传统预充电方式成本高、通用性差的问题是亟需解决的问题。


技术实现要素：

5.针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种通用型高压变流器启动装置，具有制造成本低，通用性高的特点。
6.为实现上述目的，本发明提供了一种通用型高压变流器启动装置，其特征在于，包括：
7.预充电模块，包括低压电源、充电开关、限流电阻、调压单元和整流桥，所述低压电源通过所述充电开关、所述限流电阻、所述调压单元、所述整流桥与高压变流器中的直流母线电容相连；
8.主回路模块，包括高压电源和高压开关，所述高压电源通过高压开关与所述直流母线电容相连；
9.检控模块，包括电压传感器和控制器，所述电压传感器与所述直流母线电容相连，所述控制器分别与所述电压传感器、所述充电开关、所述调压单元、所述高压开关相连；
10.其中，所述控制器被配置为在所述高压变流器初始上电时，控制所述充电开关闭
合，实现所述预充电模块对所述直流母线电容的低压预充电，当所述电压传感器检测到所述直流母线电容电压达到设定电压v
t
，且预充电过程持续时间t大于设定时间t时，控制所述充电开关断开，并控制所述高压开关闭合，实现所述主回路模块对所述直流母线电容的供电。
11.相比于传统的高压变流器预充电方式，本发明提供的通用型高压变流器启动装置，在初始上电时，采用预充电模块对高压变流器进行低压预充电，该预充电模块为低压电路，使得该电路中所用器件采用低压器件即可实现对高压变流器的预充电，可有效降低预充电成本；同时预充电模块中还增设有调压单元，可满足对不同直流母线电容进行低压预充电，通用性和适应性强。
12.在其中一个实施例中，所述设定电压v
t
为0.95v1，v1表示所述直流母线电容的额定电压；所述设定时间t小于或等于5秒。
13.在其中一个实施例中，所述限流电阻的阻值为t/3c，c表示所述直流母线电容的容值。
14.在其中一个实施例中，所述调压单元的输出端电压控制为√2v1/2。
15.在其中一个实施例中，所述调压单元采用调压变压器，所述调压变压器与所述控制器相连。
16.在其中一个实施例中，所述调压单元包括晶闸管调压器和升压变压器，所述晶闸管调压器与所述升压变压器相连，所述晶闸管变压器与所述控制器相连。
17.在其中一个实施例中，所述充电开关采用单相低压交流接触器。
18.在其中一个实施例中，所述高压开关采用直流断路器。
19.在其中一个实施例中，所述低压电源采用市电电源。
附图说明
20.图1是传统高压变流器预充电装置的电路原理意图；
21.图2是本发明一实施例提供的通用型高压变流器启动装置的电路原理示意图；
22.图3是本发明一实施例提供的调压单元的电路原理示意图。
具体实施方式
23.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
24.为解决传统高压变流器预充电方式存在制造成本高、通用性差的问题，本发明提供了一种通用型高压变流器启动装置，包括预充电模块100、主回路模块200和检控模块300。
25.其中，预充电模块100，包括低压电源、充电开关、限流电阻、调压单元和整流桥，低压电源依次通过充电开关、限流电阻、调压单元、整流桥与高压变流器中的直流母线电容相连。优选地，低压电源可采用220v交流电源，即市电电源，当需要对高压变流器的直流母线电容进行预充电时，只需将该预充电模块100接入市电电源即可启动，相比于传统采用复杂的交流驱动电源，本实施例提供的启动装置使用更加便捷，同时还可大幅度降低成本。
26.在本实施例中，充电开关可采用为单相低压交流接触器，额定电流不大于50a，具有体积小、成本低的特点。限流电阻用于抑制充电电流，限流电阻的阻值可根据直流母线电容的容值计算，以确保充电时间在高压变流器允许范围内，具体计算如下：
27.根据一阶电路的全响应公式可得，直流母线电容充电时间为：
[0028][0029]
式中，t表示充电至设定电压v
t
所需时间，即设定时间；r表示预充电模块100中的等效电阻，在本实施例提供的预充电模块100中，预充电模块100的等效电阻为限流电阻的阻值；c表示直流母线电容的容值；v1表示直流母线电容的额定电压；v0表示直流母线电容的初始电压；v
t
表示直流切换电压(设定电压)，当达到此电压时，断开预充电模块100。
[0030]
当直流母线电容的电压为0.95v1，可满足充电要求，根据式(1)求得t为：
[0031]
t＝3rc
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0032]
根据设定时间t将相关参数带入上式(2)中，即可计算得到限流电阻的阻值r＝t/3c。
[0033]
调压单元可采用为调压变压器或晶闸管装置，可根据待启动直流母线电容的电压情况适应性调整预充电模块100输出电压，可有效提高该启动装置的通用性。例如，当所选的调压单元为调压变压器时，其原边电压需根据低压电源设计，优选为220v，其副边电压根据高压变流器直流母线电压设计，优选为√2/2倍直流母线电容的额定电压，即√2v1/2，可确保充电电压满足高压变流器要求。当然，调压单元也可为晶闸管装置，具体地，如图3所示，该晶闸管装置可采用晶闸管调压器和升压变压器，晶闸管调压器与升压变压器相连，其中，升压变压器其副边电压根据高压变流器直流母线电压设计，优选为倍直流母线电容的额定电压，即√2v1/2，可确保充电电压满足高压变流器要求；晶闸管调压器则通过后端检控模块300中的控制器控制其内各晶闸管的导通角，可实现升压变压器副边电压缓慢提升至√2/2倍直流母线电容的额定电压，使得预充电更加柔和。
[0034]
整流桥可采用单相桥式整流电路，具体可通过二极管串联实现耐压。
[0035]
主回路模块200，包括高压电源和高压开关，高压电源通过高压开关与直流母线电容相连。具体地，高压电源可根据直流母线电容的供电要求进行相应选择，一般为千伏级直流电源；高压开关可采用直流断路器，具有分断能力高的特点。
[0036]
检控模块300，包括电压传感器和控制器，电压传感器与直流母线电容相连，控制器分别与电压传感器、充电开关、高压开关相连。具体地，控制器可采用单片机控制器，具有成本低的特点。
[0037]
其中，电压传感器用于实时检测直流母线电容电压，并发送至控制器。控制器被配置为在在高压变流器初始上电时，控制充电开关闭合，实现预充电模块100对直流母线电容的低压预充电，即低压电源输出的交流电压通过充电开关、限流电阻、调压单元、整流桥向直流母线电容进行低压预充电；当直流母线电容电压达到设定电压v
t
，且预充电过程持续时间t大于设定时间t时，控制充电开关断开，并控制高压开关闭合，实现主回路模块对直流母线电容的供电，即在高压变流器正常运行时，高压电源通过高压开关向直流母线电容提供电源。
[0038]
优选地，设定电压v
t
为直流母线电容的额定电压的95％，即v
t
＝0.95v1；设定时间t
不大于5秒，通过前文公式(2)计算出限流电阻的阻值，并根据调压单元变比折算到调压单元原边侧，可有效保证直流母线电容电压切换压差小，冲击电流更低。
[0039]
相比于传统的高压变流器预充电方式，本实施例提供的通用型高压变流器启动装置，在高压变流器初始上电时，采用预充电模块100对高压变流器进行低压预充电，该预充电模块100为低压电路，使得该电路中所用器件采用低压器件即可实现对高压变流器的预充电，可有效降低预充电成本；同时预充电模块100中还增设有调压单元，可满足对不同直流母线电容进行预充电，通用性和适应性更强。
[0040]
下面详细说明如何控制本实施例的通用型高压变流器启动装置对高压变流器进行低压预充电。
[0041]
在高压变流器的初始状态下，控制高压开关断开，充电开关断开。先闭合充电开关，使得低压电源通过限流电阻、调压单元、整流桥向高压变流器充电。
[0042]
根据上述公式(2)设置充电至设定电压v
t
所需时间t，优选为不大于5秒；并设置设定电压v
t
(为直流母线电容额定电压的95％)。通过电压传感器实时检测直流母线电容电压，并发送至控制器，当直流母线电容电压达到设定电压v
t
同时预充电过程持续时间大于设定时间t(不大于5秒)时，断开充电开关，控制高压开关闭合，预充电结束。可有效保证母线电压切换压差小，冲击电流更低。
[0043]
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。