本發(fā)明涉及一種給高壓變頻器進(jìn)行預(yù)充電的方法及裝置，特別是應(yīng)用了電力電子變壓器技術(shù)，用于在高壓變頻器主電路高壓上電之前，對高壓變頻器直流母線電容進(jìn)行預(yù)充電，可避免了直接上電造成的能量損耗及器件損壞，屬于高壓變頻器技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和高壓變頻器技術(shù)研究深入，高壓變頻器日益廣泛地被應(yīng)用到風(fēng)機(jī)、水泵、壓縮機(jī)等大功率機(jī)械設(shè)備的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，特別是級聯(lián)型高壓變頻器作為適合中國國情、性能優(yōu)異的變頻器，受到眾多變頻器生產(chǎn)廠商、科研院所、工程技術(shù)人員、用戶等的青睞。

此種高壓變頻器在每次開機(jī)運(yùn)行時(shí)，需要先建立直流母線電壓，由于級聯(lián)型高壓變頻器的每相電壓都是由多個(gè)功率單元串聯(lián)輸出構(gòu)成的，而每個(gè)獨(dú)立功率單元也有許多電容，因此整個(gè)系統(tǒng)在上電時(shí)，對巨大的輸入沖擊電流進(jìn)行抑制是十分必要的，這時(shí)就迫切地需要一種預(yù)充電電路來減小沖擊電流，使其對電網(wǎng)和本系統(tǒng)的沖擊降低到合理的范圍，從而提高系統(tǒng)的可靠度，也減小對電網(wǎng)的干擾。

目前在普通級聯(lián)型高壓變頻器中，對上電沖擊電流的控制方法主要有如下幾種：

一種方法是在變頻器的高壓輸入側(cè)安裝激磁涌流抑制電路。該電路由限流電阻和與之并聯(lián)的高壓開關(guān)組成。該電路串聯(lián)在高壓電源與高壓變頻器的輸入端之間，在高壓上電前，高壓開關(guān)處于斷開狀態(tài)，通過限流電阻對高壓變頻器進(jìn)行充電，充電完成后，閉合高壓開關(guān)，充電工程結(jié)束。由于該電路屬于高壓電路，所用的器件為高壓器件，所用成本高，而且因?yàn)橥ㄟ^限流電阻對高壓變頻器進(jìn)行充電，能耗也大。

另一種方法是通過低壓電源和限流電阻向整流變壓器的輔助繞組供電，通過變壓器在副邊繞組上產(chǎn)生感應(yīng)電壓，對功率單元的直流電容進(jìn)行充電。隨著充電過程的進(jìn)行，逐漸用接觸器旁路掉部分限流電阻，充電完成后，斷開充電電路，閉合高壓開關(guān)。這種方法雖然能夠?qū)崿F(xiàn)用低壓電源對變頻器的充電，但也存在一定問題，主要是由于整流變壓器整機(jī)的額定容量遠(yuǎn)大于其輔助繞組的額定容量，因此通過輔助繞組激磁時(shí)，穩(wěn)態(tài)激磁電流非常大，過大的激磁電流會(huì)在限流電阻上產(chǎn)生過大的電壓降，如果選擇較少的接觸器，每次旁路的電阻阻值較大，則每次旁路突加在輔助繞組上的電壓較高，從而每次用接觸器旁路電阻時(shí)會(huì)對低壓電源產(chǎn)生很大的沖擊電流，同時(shí)也對功率單元中的直流電容有一定的沖擊，如果選擇較多的接觸器，則成本又較高；其次，如果為了節(jié)省成本，省去最后一級接觸器，在斷開充電電路前未旁路所用限流電阻，則考慮到電阻上的電壓降，預(yù)充電是不充分的，在高壓上電時(shí)仍會(huì)有沖擊電流；最后就是由于過大的激磁電流使電阻嚴(yán)重發(fā)熱，因而此電路需要采用大功率電阻，體積大，成本高，效率低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提供一種由單相低壓電源輸入的預(yù)充電裝置，實(shí)現(xiàn)對高壓變頻器預(yù)充電；該裝置可靠性高，而且裝置的組成單元都是低壓元器件，成本低廉。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣得以實(shí)現(xiàn)的：一種基于電力電子變壓器的高壓變頻器預(yù)充電裝置，其特點(diǎn)是：包括預(yù)充電單元以及預(yù)充電控制單元，其中預(yù)充電單元包括單相橋式脈沖寬度調(diào)制電路、高頻變壓器、多組單相橋式不控整流串聯(lián)電路三個(gè)部分；預(yù)充電控制單元包括采樣電路、補(bǔ)償電路、驅(qū)動(dòng)電路、信號輸送電路、單片機(jī)五個(gè)部分。

一種基于電力電子變壓器的高壓變頻器預(yù)充電裝置的充電方法，其特點(diǎn)是：首先將輸入的單相低壓交流電源經(jīng)單相橋式脈沖寬度調(diào)制電路、高頻變壓器、單相橋式不控整流電路，也就是利用電力電子變壓器原理，通過單相全控橋和高頻變壓器直接將單相工頻交流電調(diào)制成高頻方波，然后經(jīng)不控整流橋變?yōu)樗枰闹绷麟姡唇?jīng)過了ac/ac-ac/dc的變換，再將多組單相橋式不控整流電路輸出的直流電壓串聯(lián)起來，得到的總的直流電壓給變頻器直流母線電容充電；其次通過控制單相橋式脈沖寬度調(diào)制電路中八個(gè)開關(guān)器件的導(dǎo)通、關(guān)斷及導(dǎo)通時(shí)間，使變頻器直流母線電容充電所用的直流電壓幅值以一定的斜率由低升高，直至電容兩端電壓達(dá)到所需要的閾值；然后切斷預(yù)充電單元，同時(shí)發(fā)送預(yù)充電完成信號給變頻器控制系統(tǒng)。

還通過檢測高壓變頻器直流母線電容兩端的電壓，進(jìn)行閉環(huán)控制，確保電容兩端電壓幅值按要求升高，避免出現(xiàn)尖峰電流或電壓，造成設(shè)備損壞。

本發(fā)明與其他預(yù)充電技術(shù)方案相比，有益效果如下：1、由于充電電壓通過電壓閉環(huán)調(diào)節(jié)控制，省去了充電電阻，在預(yù)充電過程中幾乎沒有能量損耗。2、高頻變壓器原、副邊都是低壓電路，體積小，成本低廉。3、通過改變基準(zhǔn)電壓信號，高頻變壓器副邊分繞組的個(gè)數(shù)以及線圈匝數(shù)，本發(fā)明的高壓變頻器預(yù)充電裝置可適用于不同類型及功率大小的高壓變頻器。4、利用高頻變壓器將預(yù)充電電路與變頻器主電路隔離，安全可靠，預(yù)充電電路出現(xiàn)故障也不影響到變頻器主電路安全；

附圖說明

圖1是本發(fā)明提供的高壓變頻器預(yù)充電裝置的結(jié)構(gòu)框圖。

圖2是本發(fā)明提供的高壓變頻器預(yù)充電裝置中預(yù)充電單元的電路圖。

圖3是本發(fā)明提供的高壓變頻器預(yù)充電裝置中預(yù)充電控制單元控制系統(tǒng)圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的描述。

如圖1所示，本發(fā)明提供的高壓變頻器預(yù)充電裝置，通過單相全控橋和高頻變壓器直接將單相工頻交流電調(diào)制成高頻方波，然后經(jīng)不控整流橋變?yōu)樗枰闹绷麟姡话A(yù)充電單元以及預(yù)充電控制單元，預(yù)充電單元包括單相橋式脈沖寬度調(diào)制電路、高頻變壓器、多組單相橋式不控整流串聯(lián)電路三個(gè)部分。

如圖2所示，所述預(yù)充電單元連接在低壓單相交流電與高壓變頻器直流母線電容之間，用于在高壓變頻器主電路上電之前，對高壓變頻器直流母線電容進(jìn)行充電，避免高壓直接上電造成對高壓變頻器整流橋、直流母線及電容的損壞；采用低壓單相交流電源ac220v輸入，經(jīng)過單相橋式脈沖寬度調(diào)制電路，輸出脈寬可控的高頻交流方波v1，加在高頻變壓器原邊繞組n0上，高頻變壓器副邊由多個(gè)分繞組組成，分別為n1～nn，感應(yīng)生成電壓v1～vn，將感應(yīng)電壓v1～vn經(jīng)對應(yīng)的單相橋式不控整流電路得到的直流電壓串聯(lián)起來，得到總的直流電壓vσ，用于給高壓變頻器直流母線電容充電。

高壓變壓器副邊每個(gè)分繞組的線圈匝數(shù)盡可能相等，具體匝數(shù)根據(jù)單相橋式不控整流電路中的低壓功率元器件的工作電壓確定，分繞組的數(shù)量由所需的高壓變頻器直流母線電容充電電壓vσ，以及每個(gè)分繞組的線圈匝數(shù)確定。

如圖3所示，所述預(yù)充電控制單元用于在預(yù)充電過程中，起動(dòng)所述預(yù)充電單元，控制預(yù)充電單元電壓輸出幅值，并通過檢測高壓變頻器直流母線電容兩端的電壓，進(jìn)行閉環(huán)控制，待高壓變頻器直流母線電容兩端電壓達(dá)到預(yù)設(shè)的電壓閾值時(shí)，切斷預(yù)充電單元,同時(shí)發(fā)送預(yù)充電完成信號給高壓變頻器控制系統(tǒng)。預(yù)充電控制單元是將單相工頻交流電直接調(diào)制成高頻方波。首先給定一個(gè)基準(zhǔn)電壓信號uref，該電壓信號幅值以一定的斜率由低到高，其次通過采樣電路得到的所述直流電壓vσ的采樣信號uf，將uf與基準(zhǔn)電壓uref比較并經(jīng)補(bǔ)償電路調(diào)節(jié)后得到控制信號uc，單片機(jī)根據(jù)輸入信號uc，發(fā)出pwm控制脈沖波信號upwm，upwm再經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路控制所述單相橋式脈沖寬度調(diào)制電路中的開關(guān)器件的導(dǎo)通、關(guān)斷及導(dǎo)通時(shí)間，由此實(shí)現(xiàn)所述直流電壓vσ的幅值按照基準(zhǔn)電壓信號uref的幅值斜率，由低升高。

在所述的直流電壓vσ按要求達(dá)到所需要的閾值時(shí)，單片機(jī)停止發(fā)出pwm控制脈沖波信號upwm，切斷預(yù)充電單元，同時(shí)發(fā)出控制信號ussr，ussr通過信號輸送電路將預(yù)充電完成信號發(fā)送給高壓變頻器控制系統(tǒng)，高壓變頻器控制系統(tǒng)根據(jù)此信號接通變頻器主電路電源，高壓變頻器便可以正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

以上，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。