本發明涉及一種給高壓變頻器進行預充電的方法及裝置，特別是應用了電力電子變壓器技術，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行預充電，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領域。

背景技術：

隨著電力電子技術的發展和高壓變頻器技術研究深入，高壓變頻器日益廣泛地被應用到風機、水泵、壓縮機等大功率機械設備的驅動系統中，特別是級聯型高壓變頻器作為適合中國國情、性能優異的變頻器，受到眾多變頻器生產廠商、科研院所、工程技術人員、用戶等的青睞。

此種高壓變頻器在每次開機運行時，需要先建立直流母線電壓，由于級聯型高壓變頻器的每相電壓都是由多個功率單元串聯輸出構成的，而每個獨立功率單元也有許多電容，因此整個系統在上電時，對巨大的輸入沖擊電流進行抑制是十分必要的，這時就迫切地需要一種預充電電路來減小沖擊電流，使其對電網和本系統的沖擊降低到合理的范圍，從而提高系統的可靠度，也減小對電網的干擾。

目前在普通級聯型高壓變頻器中，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安裝激磁涌流抑制電路。該電路由限流電阻和與之并聯的高壓開關組成。該電路串聯在高壓電源與高壓變頻器的輸入端之間，在高壓上電前，高壓開關處于斷開狀態，通過限流電阻對高壓變頻器進行充電，充電完成后，閉合高壓開關，充電工程結束。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，而且因為通過限流電阻對高壓變頻器進行充電，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生感應電壓，對功率單元的直流電容進行充電。隨著充電過程的進行，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。這種方法雖然能夠實現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的額定容量遠大于其輔助繞組的額定容量，因此通過輔助繞組激磁時，穩態激磁電流非常大，過大的激磁電流會在限流電阻上產生過大的電壓降，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會對低壓電源產生很大的沖擊電流，同時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，預充電是不充分的，在高壓上電時仍會有沖擊電流；最后就是由于過大的激磁電流使電阻嚴重發熱，因而此電路需要采用大功率電阻，體積大，成本高，效率低。

技術實現要素：

本發明的目的是為了解決現有技術中存在的問題，提供一種由單相低壓電源輸入的預充電裝置，實現對高壓變頻器預充電；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。

為達到上述目的，本發明的技術方案是這樣得以實現的：一種基于電力電子變壓器的高壓變頻器預充電裝置，其特點是：包括預充電單元以及預充電控制單元，其中預充電單元包括單相橋式脈沖寬度調制電路、高頻變壓器、多組單相橋式不控整流串聯電路三個部分；預充電控制單元包括采樣電路、補償電路、驅動電路、信號輸送電路、單片機五個部分。

一種基于電力電子變壓器的高壓變頻器預充電裝置的充電方法，其特點是：首先將輸入的單相低壓交流電源經單相橋式脈沖寬度調制電路、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制成高頻方波，然后經不控整流橋變為所需要的直流電，即經過了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制電路中八個開關器件的導通、關斷及導通時間，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到所需要的閾值；然后切斷預充電單元，同時發送預充電完成信號給變頻器控制系統。

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

本發明與其他預充電技術方案相比，有益效果如下：1、由于充電電壓通過電壓閉環調節控制，省去了充電電阻，在預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、通過改變基準電壓信號，高頻變壓器副邊分繞組的個數以及線圈匝數，本發明的高壓變頻器預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充電電路與變頻器主電路隔離，安全可靠，預充電電路出現故障也不影響到變頻器主電路安全；

附圖說明

圖1是本發明提供的高壓變頻器預充電裝置的結構框圖。

圖2是本發明提供的高壓變頻器預充電裝置中預充電單元的電路圖。

圖3是本發明提供的高壓變頻器預充電裝置中預充電控制單元控制系統圖。

具體實施方式

下面結合說明書附圖對本發明做進一步的描述。

如圖1所示，本發明提供的高壓變頻器預充電裝置，通過單相全控橋和高頻變壓器直接將單相工頻交流電調制成高頻方波，然后經不控整流橋變為所需要的直流電；包括預充電單元以及預充電控制單元，預充電單元包括單相橋式脈沖寬度調制電路、高頻變壓器、多組單相橋式不控整流串聯電路三個部分。

如圖2所示，所述預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，經過單相橋式脈沖寬度調制電路，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分繞組組成，分別為n1～nn，感應生成電壓v1～vn，將感應電壓v1～vn經對應的單相橋式不控整流電路得到的直流電壓串聯起來，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分繞組的線圈匝數盡可能相等，具體匝數根據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，以及每個分繞組的線圈匝數確定。

如圖3所示，所述預充電控制單元用于在預充電過程中，起動所述預充電單元，控制預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，進行閉環控制，待高壓變頻器直流母線電容兩端電壓達到預設的電壓閾值時，切斷預充電單元,同時發送預充電完成信號給高壓變頻器控制系統。預充電控制單元是將單相工頻交流電直接調制成高頻方波。首先給定一個基準電壓信號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與基準電壓uref比較并經補償電路調節后得到控制信號uc，單片機根據輸入信號uc，發出pwm控制脈沖波信號upwm，upwm再經驅動電路控制所述單相橋式脈沖寬度調制電路中的開關器件的導通、關斷及導通時間，由此實現所述直流電壓vσ的幅值按照基準電壓信號uref的幅值斜率，由低升高。

在所述的直流電壓vσ按要求達到所需要的閾值時，單片機停止發出pwm控制脈沖波信號upwm，切斷預充電單元，同時發出控制信號ussr，ussr通過信號輸送電路將預充電完成信號發送給高壓變頻器控制系統，高壓變頻器控制系統根據此信號接通變頻器主電路電源，高壓變頻器便可以正常運轉。

以上，僅為本發明的較佳實施例，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。