[发明专利]高压变频调速系统的在线故障快速检测和旁路保护方法

说明书

技术领域

本发明属于高压变频技术领域，具体涉及一种高压变频调速系统的在线故障快速检测和旁路保护方法。

背景技术

随着国家节能减排政策的推动和我国高压电动机容量快速增长，高压变频器市场迎来了快速发展期。变频器安装于电源与电动机之间，通过改变频率和输出电压自动调节电动机的运行速度，从而达到提高用户电动机系统的运行效率和节约用电的目的，是目前最理想、最有前途的电机节能设备。高压变频器属于重大电气装备，是变频器中的高、精、尖产品，主要用于关键设备的驱动、高压电机的节能运行和工艺性能的改善，广泛应用于电力、冶金、石油化工、机车牵引等。

拓扑结构和控制方法的多样化是高压变频器的特点；在众多拓扑结构中，诸如交—交变频器、GTO 电流源型变频器、三电平电压源型变频器、功率器件串联直接高压二电平电压源型变频器等等都存在输入侧谐波大、输出谐波大及输出电压变化率高等不足。与这些拓扑结构逆变器相比，单元串联多电平逆变器具有谐波小、共模电压小、电压变化率小、电磁干扰小、开关频率低、系统效率高、适合中高压大容量变频器应用等特点。因此，开发单元串联多电平高压交流电机变频调速系统并推广应用，对我国工业降低单产能耗具有重大意义，也是本申请人一直致力于研究的方向。

发明内容

发明目的：本发明的目的是为了解决现有技术中的不足，提供一种采用模块化设计，互换性好、维修简单，噪音低，谐波含量小，不会引起电机的转矩脉动，且有故障在线快速检测和旁路保护功能的高压变频调速系统及其在线故障快速检测和旁路保护方法。

技术方案：本发明所述的一种高压变频调速系统的在线故障快速检测和旁路保护方法，包括在线故障快速检测方法和旁路保护方法：

在线故障快速检测方法：

（1）根据SPWM波形要求，通过双DSP控制器给予IGBT驱动电路触发信号；

（2）IGBT驱动电路收到触发信号后即时导通IGBT单元，此时IGBT单元为低管压降即IGBT的正向导通电压；

（3）在DSP控制器发出驱动信号的同时，DSP控制器在线实时检测IGBT单元的输出信号GPIOB0，若输出信号GPIOB0为高电平则为正常无故障，若输出信号GPIOB0为低电平则为有故障；

旁路保护方法：

一旦DSP控制器在线检测出GPIOB0为低电平，IGBT单元发生故障，一方面不再向IGBT单元发驱动触发信号；同时即刻触发双向晶闸管KS，使得与其串联的上下级功率单元的SPWM电压能在此呈现短路通过；为了能异步电机三相电压对称工作，同时关闭同组另二相功率单元。本方法在快速检测与旁路处理过程中，系统不关机；

正常工作中，依据设置的工作频率，DSP输出驱动信号，驱动IGBT1、IGBT4与IGBT2、IGBT3交替工作，获得交流信号；DSP在GPTOA口发出驱动信号同时，通过DSP输入端GPTOB口检测相应的IGBT导通与否，如果此时IGBT未导通，说明出了故障，DSP一方面封锁4个IGBT的驱动信号，同时DSP GPTOF口输出信号触发双向晶闸管导通，实现旁路保护。

进一步的，所述的高压变频调速系统，该系统安装在三相电源与异步电机之间，该高压变频调速系统包括移相变压器、变频器以及控制单元，其中：

变频器，包括 3n 个相同的功率单元，n≥2且n为整数；每 n个功率单元依次串联构成一相，三相星型相连后连接所述异步电机；所述功率单元包括依次连接的整流电路、逆变电路和旁路保护电路，所述整流电路是由多个二极管和电容构成的整流桥电路，所述逆变电路是由多个相同的IGBT单元构成的逆变器电路，所述旁路保护电路是由多个二极管、双向晶闸管和触发电路构成的电路，所述IGBT单元包括驱动电路、IGBT单元和快速检测电路；

移相变压器，包括原边绕组以及 3n个副边绕组，原边绕组连接所述三相电源，每个副边绕组均按照延边三角形接法连接一个功率单元；

控制单元，包括双DSP控制器、PLC控制器和人机界面，所述双DSP控制器与每一个功率单元分别电连接，所述人机界面分别与双DSP控制器、PLC控制器电连接，所述双DSP控制器还与所述PLC控制器电连接。

进一步的，所述n为9。

进一步的，所述触发电路与所述双向晶闸管连接，所述触发电路采用MOC3061模块，MOC3061模块为光电耦合器件，其输入与输出采用光电隔离，实现DSP信号对双向晶闸管的触发控制，双DSP控制器的输出信号GPIOF0与MOC3061模块的输人相连，MOC3061模块的输出与双向晶闸管的输入相连。