[发明专利]一种三旁通大功率整流电源及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电源装置及其控制方法，具体涉及一种应用于大功率变流工业应用领域的具有三旁通功能的整流电路及其控制方法。

背景技术

整流电源是利用半导体器件的固有特性把交流电转化成直流电，提供大直流电流、直流电压的装置。在大功率变流工业应用和科研试验中，经常有电感很大的感性负载或储能型负载；为了确保整流系统的稳定运行和系统负载的安全，在系统正常关闭或系统发生故障时必须对负载中储存的大量能量进行安全转移泄放。常用的方法是利用给储能负载建立泄能回路让能量自动释放，该泄能回路常称为旁通回路。

目前在大功率整流电路的工业应用中，负载能量转移或者泄放的方式中比较典型的一般分为两类：一类是采用二极管或者可控半导体器件旁通续流方式；另一类是采用接触器、断路器等开关装置组成机械开关旁通电路。在现有技术中主要有以下几篇文献与本发明方案相近：

文献1为周君、陈滋健、钱立秀、江磊于2009年7月发表在《电力电子技术》第43卷第7期的论文《基于晶闸管的PSM模块Crowbar控制研究》。该论文提出了基于晶闸管的脉冲分级调制PSM模块Crowbar控制方法。在论文中描述了系统故障状态下晶闸管续流工作原理，以及快速熔断器切断主电路与负载的保护机制。

文献2为刘鹏飞、胡佑群、王跻、邢云龙、佘岳于2011年11月发表在《电气制造》2011年第11期的论文《应用于低电压穿越下Crowbar保护电路的分析》。在该论文中提出了一种旁路电阻型Crowbar 电路，该电路是在电网出现电压跌落时，通过功率开关器件（IGBT）将旁路电阻连接到转子回路中，这就为电网故障期间所产生的大电流提供了一个旁路，从而达到限制大电流、保护励磁变流器的作用。

在上述文献1和文献2中都提出了一些系统故障状态下保护整流主电路的方法，采用晶闸管或者IGBT作为旁通电路的开关器件。受器件的影响，这种方法泄能电流较小或者时间短，不适用于磁体负载等大电感负载系统中的负载泄能保护和主电路保护。在现有技术1中提到的基于晶闸管的PSM（Pulse Skip Modulation，脉冲分级调制）模块的Crowbar旁通方法，这种方法是在系统严重故障情况下及时撤除高压以保护系统设备和人员安全。与传统引燃管Crowbar保护相比，中性束加速极电源系统在每个PSM 模块上并联晶闸管作为快速旁路开关，在Crowbar动作后通过串联快速直流熔断器迅速切断电网与负载的连接。其主要缺点有：（1）大电感负载在运行中，正常停机或者故障停机时负载电流很大，基于晶闸管的PSM模块的Crowbar旁通方法电路是一次性的，当快速熔断器熔断时，系统只能更换器件才能再次运行，应用成本高，可维护性差。（2）当磁体等大电感负载电流非常大时，晶闸管器件的承受电流能力有限，工作时间不长，需要非常多的元件并联才能满足大电流释放的要求，结构非常复杂，制造难度大，控制可靠性不高，成本较高。

文献2提出了一种旁路电阻型Crowbar电路，该电路是在电网出现电压跌落时，通过功率开关器件将旁路电阻连接到转子回路中，这就为电网故障期间所产生的大电流提供了一个旁路，从而达到限制大电流、保护励磁变流器的作用。该方法是将电网故障期间所产生的大电流旁通到IGBT和旁路电阻支路中，在电流特别大（达到几十或者几百千安）且电压达到数千伏的大功率系统中，基于目前的半导体器件水平，单个IGBT无法同时满足旁通支路电流和电压等级要求，如果多个IGBT串并联适用则系统的旁通稳定性会降低，且成本将大大增加。旁路电阻在功率，体积，散热等方面设计也困难。

发明内容

本发明的目的是提供一种三旁通大功率整流电源及其控制方法，该装置及其控制方法可以在整流电路正常关闭时或故障时为大电感负载提供超大电流快速旁通转移，在保护负载的同时也保护了整流电路，防止了负载能量对整流电路的冲击，应用安全，可靠性极高。