Избыточная схема получения энергии силового модуля и способ управления ею
POWER MODULE POWER GENERATION REDUNDANT CIRCUIT AND ITS CONTROL METHOD

Техническая область
[0001] Настоящая заявка относится к области электроэнергии и электроники, в частности относится к избыточной схеме получения энергии силового модуля и способу управления ею.
Уровень техники
[0002] Технологии преобразователей источников напряжения - это новые технологии преобразователей, основанные на технологиях IGBT (биполярных транзисторов с изолированным затвором) и широтно-импульсной модуляции (PWM) запираемых деталей. В условиях, где применяется низкое напряжение, нашли широкое применение двухуровневые преобразователи, состоящие из БТИЗ (IGBT), для решения проблем высокой нагрузки на оборудование, больших потерь системы, высокого уровня шума и обостренной электромагнитной обстановки, к которым приводят высокочастотные скачки выходного напряжения этих преобразователей были предложены трехуровневые преобразователи источников напряжения, что позволило расширить сферы применения преобразователей источников напряжения по классам напряжения и емкости.
[0003] С появлением модульных многоуровневых преобразователей (Modular Multilevel Converter, ММС) они стали успешно применяться в сфере гибкой передачи постоянного тока, класс напряжения достиг сотен кВ, а класс емкости достиг нескольких Гбит/с.
[0004] Преобразователи источников напряжения состоят из многочисленных последовательно соединенных силовых модулей; когда силовой модуль обнаруживает неисправности, он замыкает обходной выключатель, блок неисправностей обнуляется и это позволяет системе непрерывно работать.
[0005] Мы считаем, что если на схеме получения энергии, находящейся внутри силового модуля, произойдет неисправность, то контрольная плата не может нормально работать и пусковой контур обходного выключателя не сможет работать, в результате чего силовой модуль не сможет успешно осуществить обход и это приведет к остановке работы системы. Поэтому возможность повышения надежности получения энергии силового модуля, которая позволит надежно обеспечить соединение затвора обходного выключателя, стала ключевым техническим фактором повышения надежности комплектного оборудования преобразователей источников напряжения.
[0006] В патенте CN201710228027.X описана самопусковая схема обходного выключателя модуля многоуровневого преобразователя, где с помощью напряжения на обоих концах обходного выключателя осуществляется зарядка конденсатора обходного выключателя, что обеспечивает энергию для закрытия затвора обходного выключателя. Суть этой схемы состоит в том, что конденсатор Сс обходного выключателя последовательно соединяется с резистором R1, после чего параллельно соединяется с конденсатором подмодуля Csm, а значение емкости конденсатора обходного выключателя обычно составляет несколько сот микрофарад, емкость конденсатора подмодуля Csm обычно составляет от нескольких до десяти с чем-то микрофарад, поэтому трудно найти баланс между обеспечением зарядки конденсатора обходного выключателя до номинального значения и избеганием превышения напряжения конденсатора подмодуля. Кроме того, если происходит неисправность питания получения энергии подмодуля, то контрольная плата модуля тоже не сможет работать и будет невозможно отправить команду о соединении затвора обходного выключателя. Если в этой ситуации взять нормально замкнутый переключатель и последовательно подключить его к контуру конденсатора обходного выключателя и стороны управления контактами, то это может привести к короткому замыканию конденсатора обходного выключателя и невозможности зарядки. Таким образом, в этом решении в случае неисправности питания получения энергии подмодуля существует риск превышения напряжения и повреждения конденсатора подмодуля, а также невозможности смыкания затвора обходного выключателя.
Сущность изобретения
[0007] Цель настоящего изобретения состоит в раскрытии избыточной схемы получения энергии силового модуля и способа управления ею. Настоящее изобретение предназначено для преобразователей источников напряжения и позволяет в случае неисправности платы получения энергии силового модуля конвертера предоставить еще один контур получения энергии и обеспечить надежное смыкание затвора обходного выключателя силового модуля, а также снизить вероятность остановки работы системы, то есть обладает как экономическими, так и технологическими преимуществами.
[0008] Варианты осуществления изобретения по настоящей заявке раскрывают избыточную схему получения энергии силового модуля, при этом упомянутый силовой модуль включает по крайней мере один силовой полупроводниковый прибор, первый конденсатор и первый обходной выключатель и характеризуется тем что, упомянутая избыточная схема получения энергии силового модуля включает: распределительную плату, первую зарядную схему, контрольную плату и разрядную плату, при этом упомянутая распределительная плата получает энергию от упомянутого первого конденсатора, а также подает энергию на контрольную плату и заряжает разрядную схему; один конец упомянутой первой зарядной схемы соединяется с положительным полюсом упомянутого первого конденсатора, а другой конец соединяется с упомянутой разрядной схемой и осуществляет зарядку разрядной схемы в случае неисправной работы упомянутой распределительной платы; упомянутая контрольная плата контролирует замыкание упомянутой разрядной схемы; упомянутая разрядная схема, которая после замыкания разряжается и обеспечивает соединение затвора упомянутого первого обходного выключателя.
[0009] Кроме того, избыточная схема получения энергии силового модуля также включает вторую зарядную схему, при этом упомянутая вторая зарядная схема параллельно соединяется с упомянутым первым конденсатором и, если упомянутая контрольная плата не может нормально работать, упомянутая вторая зарядная схема вызывает замыкание упомянутой разрядной схемы.
[0010] Кроме того, упомянутая вторая зарядная схема включает вторую трубку стабилизации напряжения и второй резистор, при этом катод упомянутой второй трубки стабилизации напряжения подключается к положительному полюсу первого конденсатора; один конец упомянутого второго резистора подключается к аноду второй трубки стабилизации напряжения, а второй его конец подключается к отрицательному полюсу первого конденсатора, после разрыва второй трубки стабилизации напряжения упомянутая схема разряда смыкается.
[0011] Кроме того, упомянутая избыточная схема получения энергии силового модуля также включает четвертый выключатель, при этом, если в качестве распределительной плата выступает изолированная распределительная плата, то упомянутый четвертый выключатель посредством последовательного соединения подключается между отрицательным полюсом упомянутой разрядной схемы и отрицательным полюсом упомянутого первого конденсатора.
[0012] Кроме того, упомянутая схема разряда включает второй конденсатор и второй выключатель, при этом положительный полюс упомянутого второго конденсатора подключается к упомянутой распределительной плате и упомянутой первой зарядной схеме, а его отрицательный полюс подключается к заземлению распределительной платы, таким образом, зарядка второго конденсатора происходит посредством упомянутой распределительной платы или упомянутой первой зарядной схемы; один конец упомянутого второго выключателя подключается к положительному полюсу упомянутого второго конденсатора, а второй его конец подключается к контрольной клемме упомянутого первого обходного выключателя, и после замыкания упомянутого второго выключателя, упомянутый второй конденсатор разряжается и обеспечивает смыкание затвора упомянутого первого обходного выключателя.
[0013] Кроме того, упомянутая первая зарядная схема включает первую трубку стабилизации напряжения и первый резистор, при этом катод упомянутой первой трубки стабилизации напряжения подключается к положительному полюсу упомянутого первого конденсатора; один конец упомянутого первого резистора подключается к аноду упомянутой первой трубки стабилизации напряжения, а второй его конец подключается к положительному полюсу упомянутого второго конденсатора.
[0014] Кроме того, упомянутая первая зарядная схема также включает третий выключатель, при этом упомянутый третий выключатель последовательно соединяется с упомянутой первой зарядной схемой и контролирует разрыв первой зарядной схемы.
[0015] Кроме того, упомянутая разрядная схема также включает третий резистор, при этом упомянутый третий резистор параллельно соединяется в упомянутым вторым конденсатором, значение сопротивления упомянутого третьего резистора может регулироваться и посредством разности напряжения между упомянутым третьим резистором и упомянутым первым резистором происходит регулировка зарядного напряжения.
[0016] Кроме того, упомянутая разрядная схема также включает третью трубку стабилизации напряжения, при этом упомянутая трубка стабилизации напряжения параллельно соединяется с упомянутым вторым конденсатором, и упомянутая третья трубка стабилизации напряжения VD3 может стабилизировать напряжение зарядки.
[0017] Кроме того, в качестве упомянутых второго выключателя, третьего выключателя, четвертого выключателя могут выступать переключатели одного или нескольких из следующих видов: механические переключатели, реле, тиристоры, БТИЗ (IGBT), биполярные транзисторы с коммутируемым затвором (IGCT), запираемые тиристоры (GTO), полевые МОП-транзисторы (MOSFET).
[0018] Вариант осуществления настоящего изобретения также раскрывает способ управления избыточной схемой получения энергии силового модуля, использующийся в случае, когда в силовом модуле происходит сбой и необходимо осуществить обход, распределительная плата получает энергию от упомянутого первого конденсатора и подает питание на контрольную плату, а также заряжает зарядную схему. Этот способ управления избыточной схемой получения энергии силового модуля характеризуется тем, что он включает следующие этапы: в случае неисправной работы упомянутой распределительной платы первая зарядная схема осуществляет зарядку упомянутой разрядной схемы; упомянутая контрольная плата контролирует замыкание упомянутый разрядной схемы; упомянутая разрядная схема после замыкания разряжается и обеспечивает соединение затвора упомянутого первого обходного выключателя.
[0019] Кроме того, упомянутый способ также включает следующий этап: когда упомянутая контрольная плата не может нормально работать, вторая зарядная схема вызывает замыкание упомянутой разрядной схемы.
[0020] Кроме того, когда упомянутая распределительная плата не может нормально работать, то перед тем, как первая зарядная схема будет заряжать упомянутую разрядную схему, также имеет место следующий этап: когда во время нормальной работы упомянутого силового блока происходит неисправность, происходит блокировка всех команд запуска упомянутого силового модуля.
[0021] Кроме того, упомянутый процесс зарядки упомянутой разрядной схемы посредством упомянутой первой зарядной схемы включает следующее: когда первый конденсатор заряжается до такой степени, что его напряжение достигает первого порогового значения первой трубки стабилизации напряжения, происходит разрыв упомянутой первой трубки стабилизации напряжения; упомянутый первый конденсатор заряжает второй конденсатор посредством вышеупомянутой трубки стабилизации напряжения и первого резистора.
[0022] Кроме того, упомянутый процесс контроля замыкания упомянутой разрядной схемы упомянутой второй зарядной схемой вместо контрольной платы включает следующее: когда первый конденсатор продолжает заряжаться и заряжается до такой степени, что его напряжение достигает второго порогового значения второй трубки стабилизации напряжения, происходит разрыв упомянутой второй трубки стабилизации напряжения, что вызывает смыкание затвора второго выключателя.
[0023] Избыточная схема получения энергии силового модуля по варианту осуществления настоящего изобретения позволяет в случае сбоя платы получения энергии силового модуля аккумулировать энергию для контура смыкания затвора обходного выключателя, то есть гарантировать достаточную энергию для смыкания затвора обходного выключателя; Настоящее изобретение обеспечивает двойную конфигурацию как в аккумулировании энергии контура смыкания затвора обходного выключателя, так и в активация команды смыкания затвора, что позволяет повысить надежность успешного осуществления обхода, избежать повреждений модуля выключателя и конденсатора в условиях превышения напряжения, а также избежать принудительной остановки работы преобразователя.
Краткое описание изображений
[0024] Для более четкого разъяснения технического решения по варианту осуществления настоящего изобретения далее приводится краткое описание прилагаемых чертежей, используемых для описания варианта осуществления. При этом совершенно очевидно, что чертежи в приведенном ниже описание изображают только некоторые варианты осуществления и рядовой технический персонал данной отрасли может, не применяя созидательного труда, вывести из этих чертежей другие чертежи.
[0025] Фигура 1А представляет собой схематическое изображение конструкции силового модуля по варианту осуществления настоящего изобретения;
[0026] Фигура 1Б представляет собой схематическое изображение конструкции силового модуля по другому варианту осуществления настоящего изобретения;
[0027] Фигура 1В представляет собой схематическое изображение конструкции силового модуля по еще одному варианту осуществления настоящего изобретения;
[0028] Фигура 1Г представляет собой схематическое изображение конструкции силового модуля по еще одному варианту осуществления настоящего изобретения;
[0029] Фигура 2 представляет собой схематическое изображение применения схемы получения энергии силового модуля по одному из вариантов осуществления настоящего изобретения;
[0030] Фигура 3 представляет собой схематическое изображение конструкции избыточной схемы получения энергии силового модуля по одному из вариантов осуществления настоящего изобретения;
[0031] Фигура 4 представляет собой схематическое изображение конструкции избыточной схемы получения энергии силового модуля по другому варианту осуществления настоящего изобретения;
[0032] Фигура 5 представляет собой схематическое изображение структуры избыточной схемы получения энергии силового модуля по еще одному из вариантов осуществления настоящего изобретения;
[0033] Фигура 6 представляет собой схематическое изображение конструкции избыточной схемы получения энергии силового модуля по еще одному из вариантов осуществления настоящего изобретения;
[0034] Фигура 7А представляет собой схему технологического процесса способа управления избыточной схемой получения энергии силового модуля по одному из вариантов осуществления настоящего изобретения;
[0035] Фигура 7Б представляет собой блок-схему способа управления избыточной схемой получения энергии силового модуля, изображенного на Фиг. 7А.
[0036] Фигура 8А представляет собой схему технологического процесса управления избыточной схемой получения энергии силового модуля по другому варианту осуществления настоящего изобретения;
[0037] Фигура 8Б представляет собой блок-схему способа управления избыточной схемой получения энергии силового модуля, изображенного на Фиг. 8А;
[0038] Фигура 9 представляет собой схему технологического процесса способа управления избыточной схемой получения энергии силового модуля по еще одному из вариантов осуществления настоящего изобретения;
[0039] Фигура 10 представляет собой схему технологического процесса способа управления избыточной схемой получения энергии силового модуля по еще одному из вариантов осуществления настоящего изобретения.
Конкретные варианты осуществления
[0040] Для более четкого разъяснения цели, технического решения и преимуществ вариантов осуществления настоящего изобретения далее на основе чертежей и вариантов осуществления приводится подробное и детальное описание конкретных вариантов осуществления технического решения по настоящему изобретению. При этом, приведенное ниже описание конкретных способов и вариантов осуществления приводится только с целью разъяснения и никоим образом не ограничивает настоящее изобретение. Здесь приводятся некоторые, а не все варианты осуществления настоящего изобретения, и другие варианты осуществления, полученные техническим персоналом данной отрасли посредством внесения различных изменений в настоящее изобретение, также находятся в диапазоне защиты настоящего изобретения.
[0041] Необходимо понимать, что выражения «первый», «второй», «третий» используются здесь для описание различных деталей и компонентов, но эти детали и компоненты не ограничиваются этими выражениями. Эти выражения предназначены только для различения одной детали или компонента от другой детали или компонента. Таким образом, в приведенном ниже описании первая деталь или компонент в контексте настоящего изобретения также может называться второй деталью или вторым компонентом.
[0042] Силовой модуль включает по крайней мере один силовой полупроводниковый прибор, первый конденсатор С1 и первый обходной выключатель К1; силовой модуль включает по крайней мере два силовых полупроводниковых прибора; силовой модуль имеет полумостовой тип соединения. Силовой модуль включает по крайней мере четыре силовых полупроводниковых прибора; силовой модуль имеет полностью мостовое соединение. Силовой модуль также может иметь форму другой схемы, включающей первый конденсатор С1 и первый обходной выключатель К1. Фигуры 1А, 1Б, 1В и 1Г представляет собой схематические изображения конструкции силового модуля по варианту осуществления настоящего изобретения; в частности, на Фиг. 1А силовой модуль имеет полумостовое соединение. На Фиг. 1Б силовой модуль имеет полностью мостовое соединение. На Фигурах 1В и 1Г силовой модуль представляет собой схему другого типа, содержащую первый конденсатор С1 и первый обходной выключатель К1. Первый обходной выключатель К1 имеет функцию механического поддержания после соединения затвора, то есть после отключения электроэнергии первый обходной выключатель К1 способен поддерживать затвор в сомкнутом состоянии; сигнал смыкания затвора первого обходного выключателя К1 поступает от разряда второго конденсатора С2.
[0043] Фигура 2 представляет собой схематическое изображение применения модуля получения энергии силового модуля по варианту осуществления настоящего изобретения; как показано на Фиг. 2, оба конца силового модуля последовательно соединяются, образуя первое звено преобразования преобразователя источника напряжения.
[0044] Фигура 3 представляет собой схематическое изображение конструкции избыточной схемы получения энергии силового модуля по одному из вариантов осуществления настоящего изобретения; данная избыточная схема получения энергии силового модуля является избыточной схемой получения энергии для силового модуля и включает распределительную плату 11, контрольную плату 12, первую зарядную схему 13 и разрядную схему 14.
[0045] Распределительная плата 11 получает энергию от первого конденсатора С1 и подает питание на контрольную плату 12, а также заряжает разрядную схему 14. Один конец первой зарядной схемы 13 соединяется с положительным полюсом первого конденсатора С1, а другой конец соединяется с упомянутой разрядной схемой 14 и осуществляет зарядку разрядной схемы 14 в случае неисправной работы распределительной платы 11. Контрольная плата 12 контролирует замыкание разрядной схемы 14. После замыкания разрядная схема 14 разряжается и обеспечивает соединение затвора первого обходного выключателя К1.
[0046] Первая зарядная схема 13 также включает первую трубку стабилизации напряжения VD1 и первый резистор R1.
[0047] Первая трубка стабилизации напряжения VD1 подключается к катоду первого конденсатора С1. Один конец первого резистора R1 подключается к аноду первой трубки стабилизации напряжения VD1, а второй его конец подключается к положительному полюсу второго конденсатора С2.
[0048] Разрядная схема 14 включает второй конденсатор С2 и второй выключатель К2.
[0049] Положительный полюс второго конденсатора С2 подключается к распределительной плате 11 и первой зарядной схеме 13, а его отрицательный полюс подключается к заземлению распределительной платы 11; таким образом, зарядка второго конденсатора С2 происходит посредством распределительной платы 11 или первой зарядной схемы 13. Один конец второго выключателя К2 подключается к положительному полюсу второго конденсатора С2, а другой его конец подключается к контрольной клемме первого обходного выключателя К1; после замыкания второго выключателя К2 второй конденсатор С2 разряжается и обеспечивает смыкание затвора первого обходного выключателя К1.
[0050] В качестве второго выключателя выступать переключатели одного или нескольких из следующих видов: механические переключатели, реле, тиристоры, БТИЗ (IGBT), биполярные транзисторы с коммутируемым затвором (IGCT), запираемые тиристоры (GTO), полевые МОП-транзисторы (MOSFET). Иными словами, второй выключатель К2 может быть механическим переключателем или реле, а также может быть электронным переключателем, например, тиристором, БТИЗ (IGBT), биполярным транзистором с коммутируемым затвором (IGCT), запираемым тиристором (GTO) или полевым МОП-транзистором (MOSFET); при этом сигнал активации второго выключателя К2 поступает от распределительной платы или контрольной платы.
[0051] Избыточная схема получения энергии силового блока, раскрытая в настоящем изобретении, позволяет в случае запуска силового модуля и сбоя платы получения энергии силового модуля аккумулировать энергию для контура смыкания затвора обходного выключателя, то есть обеспечивать достаточную энергию для смыкания затвора обходного выключателя. Настоящее изобретение обеспечивает двойную конфигурацию как в аккумулировании энергии контура смыкания затвора обходного выключателя, так и в активация команды смыкания затвора, что позволяет повысить надежность успешного осуществления обхода, избежать повреждений модуля выключателя и конденсатора в условиях превышения напряжения, а также избежать принудительной остановки работы преобразователя.
[0052] Фигура 4 представляет собой схематическое изображение конструкции избыточной схемы получения энергии силового модуля по еще одному из вариантов осуществления настоящего изобретения; данная избыточная схема получения энергии силового модуля является избыточной схемой получения энергии для силового модуля, который включает по крайней мере один силовой полупроводниковый прибор, первый конденсатор С1, первый обходной выключатель К1, а избыточная схема получения энергии силового модуля включает распределительную плату 11, контрольную плату 12, первую зарядную схему 23 и разрядную схему 24.
[0053] Распределительная плата 11 получает энергию от первого конденсатора С1 и подает питание на контрольную плату 12, а также заряжает разрядную схему 24. Один конец первой зарядной схемы 23 соединяется с положительным полюсом первого конденсатора С1, а другой конец соединяется с упомянутой разрядной схемой 24 и осуществляет зарядку разрядной схемы 24 в случае неисправной работы распределительной платы 11. Контрольная плата 12 контролирует замыкание разрядной схемы 24. После замыкания разрядная схема 24 разряжается и обеспечивает соединение затвора первого обходного выключателя К1.
[0054] Первая зарядная схема 23 включает первую трубку стабилизации напряжения VD1, первый резистор R1 и третий выключатель К3.
[0055] Катод первой трубки стабилизации напряжения VD1 подключается к положительному полюсу первого конденсатора С1. Один конец первого резистора R1 подключается к одному концу третьего выключателя К3, а другой конец К3 подключается к аноду первой трубки стабилизации напряжения VD1, другой конец первого резистора R1 подключается к положительному полюсу второго конденсатора С2. Третий выключатель К3 используется для контроля размыкания первой зарядной схемы 23.
[0056] Разрядная схема 24 включает второй конденсатор С2, второй выключатель К2 и третий резистор R3.
[0057] Положительный полюс второго конденсатора С2 подключается к распределительной плате 11 и первой зарядной схеме 23, а его отрицательный полюс подключается к заземлению распределительной платы 11; таким образом, зарядка второго конденсатора С2 происходит посредством распределительной платы 11 или первой зарядной схемы 23. Один конец второго выключателя К2 подключается к положительному полюсу второго конденсатора С2, а другой его конец подключается к контрольной клемме первого обходного выключателя К1; после замыкания второго выключателя К2 второй конденсатор С2 разряжается и активирует смыкание затвора первого обходного выключателя К1. Третий резистор R3 параллельно соединяется со вторым конденсатором, значение сопротивления R3 может регулироваться и посредством разности напряжения между третьим резистором R3 и первым резистором R1 происходит регулировка напряжения зарядки.
[0058] В качестве второго и третьего выключателя могут выступать, помимо прочего, переключатели одного или нескольких из следующих видов: механические переключатели, реле, тиристоры, БТИЗ (IGBT), биполярные транзисторы с коммутируемым затвором (IGCT), запираемые тиристоры (GTO), полевые МОП-транзисторы (MOSFET). Иными словами, второй выключатель К2 и третий выключатель К3 могут быть механическими переключателями или реле, а также могут быть электронными переключателями, например, тиристорами, БТИЗ (IGBT), биполярными транзисторами с коммутируемым затвором (IGCT), запираемыми тиристорами (GTO) или полевыми МОП-транзисторами (MOSFET); при этом сигнал активации второго выключателя К2 и третьего выключателя К3 поступает от распределительной платы или контрольной платы.
[0059] Первая зарядная схема также включает третий выключатель К3, при этом один его конец подключается к аноду первой трубки стабилизации напряжения VD1, а второй конец - к первому резистору R1. Когда распределительная плата не работает, третий выключатель К3 находится в сомкнутом состоянии, а при нормальной работе распределительной платы он находится в разомкнутом состоянии.
[0060] Фигура 5 представляет собой схематическое изображение конструкции избыточной схемы получения энергии силового модуля по еще одному из вариантов осуществления настоящего изобретения; данная избыточная схема получения энергии силового модуля является избыточной схемой получения энергии для силового модуля, который включает по крайней мере один силовой полупроводниковый прибор, первый конденсатор С1, первый обходной выключатель К1, а избыточная схема получения энергии силового модуля включает распределительную плату 11, контрольную плату 12, первую зарядную схему 23, разрядную схему 34 и вторую зарядную схему 35.
[0061] Распределительная плата 11 получает энергию от первого конденсатора С1 и подает питание на контрольную плату 12, а также заряжает разрядную схему 34. Один конец первой зарядной схемы 23 соединяется с положительным полюсом первого конденсатора С1, а другой конец соединяется с упомянутой разрядной схемой 34 и осуществляет зарядку разрядной схемы 34 в случае неисправной работы распределительной платы 11. Контрольная плата 12 контролирует замыкание разрядной схемы 34. После замыкания разрядная схема 34 разряжается и обеспечивает соединение затвора первого обходного выключателя К1. В случае неисправной работы контрольной платы 12 вторая зарядная схема 35 активирует замыкание разрядной схемы 34.
[0062] Первая зарядная схема 23 включает первую трубку стабилизации напряжения VD1, первый резистор R1 и третий выключатель К3.
[0063] Катод первой трубки стабилизации напряжения VD1 подключается к положительному полюсу первого конденсатора С1. Один конец первого резистора R1 подключается к одному концу третьего выключателя К3, а другой конец К3 подключается к аноду первой трубки стабилизации напряжения VD1, другой конец первого резистора R1 подключается к положительному полюсу второго конденсатора С2. Третий выключатель К3 используется для контроля размыкания первой зарядной схемы 23.
[0064] Разрядная схема 34 включает второй конденсатор С2, второй выключатель К2, третий резистор R3 и третью трубку стабилизации напряжения VD3.
[0065] Положительный полюс второго конденсатора С2 подключается к распределительной плате 11 и первой зарядной схеме 23, а его отрицательный полюс подключается к заземлению распределительной платы 11; таким образом, зарядка второго конденсатора С2 происходит посредством распределительной платы 11 или первой зарядной схемы 23. Один конец второго выключателя К2 подключается к положительному полюсу второго конденсатора С2, а другой его конец подключается к контрольной клемме первого обходного выключателя К1; после замыкания второго выключателя К2 второй конденсатор С2 разряжается и обеспечивает смыкание затвора первого обходного выключателя К1. Третий резистор R3 параллельно соединяется с третьей трубкой стабилизации напряжения VD3 и вторым конденсатором; значение сопротивления R3 может регулироваться и посредством разности напряжения между третьим резистором R3 и первым резистором R1 происходит регулировка напряжения зарядки; трубка стабилизации напряжения VD3 позволяет стабилизировать напряжение зарядки.
[0066] Вторая зарядная схема 35 включает вторую трубку стабилизации напряжения VD2 и второй резистор R2.
[0067] Катод второй трубки стабилизации напряжения VD2 подключается к положительному полюсу первого конденсатора С1. Один конец второго резистора R2 подключается к аноду второй трубки стабилизации напряжения VD2, а другой конец - к отрицательному полюсу первого конденсатора С1; после разрыва второй трубки стабилизации напряжения VD2 второй выключатель К2 смыкается. При этом также можно заменить вторую трубку стабилизации напряжения VD2 на диод; диод позволяет избежать возвращения выходного питания распределительной платы на конденсатор подмодуля.
[0068] В качестве второго выключателя К2 может выступать, помимо прочего механический переключатель, реле, тиристор, БТИЗ (IGBT), биполярный транзистор с коммутируемым затвором (IGCT), запираемый тиристор (GTO), полевой МОП-транзистор (MOSFET). Иными словами, второй выключатель К2 может быть механическим переключателем или реле, а также может быть электронным переключателем, например, тиристором, БТИЗ (IGBT), биполярным транзистором с коммутируемым затвором (IGCT), запираемым тиристором (GTO) или полевым МОП-транзистором (MOSFET); при этом сигнал активации второго выключателя К2 поступает от распределительной платы или контрольной платы.
[0069] Избыточная схема получения энергии силового модуля включает первую трубку стабилизации напряжения VD1, вторую трубку стабилизации напряжения VD2, второй выключатель К2, первый резистор R1, второй резистор R2, второй конденсатор С2, распределительную плату и контрольную плату. Катод первой трубки стабилизации напряжения VD1 подключается к положительному полюсу первого конденсатора С1, а ее анод последовательно подключается к первому резистору R1, после чего соединяется с положительным полюсом второго конденсатора С2; отрицательный полюс второго конденсатора С2 соединяется с отрицательным полюсом первого конденсатора С1; катод второй трубки стабилизации напряжения VD2 подключается к положительному полюсу первого конденсатора С1, ее анод подключается ко второму резистору R2, а другой конец второго резистора R2 соединяется с отрицательным полюсом первого конденсатора С1; первый обходной выключатель К1 параллельно подключается между клемм x1 и х2 силового модуля; распределительная плата получает энергию от первого конденсатора С1 и подает питание на контрольную плату, а также заряжает второй конденсатор С2; контрольная плата управляет смыканием затвора первого обходного выключателя К1 посредством активации второго выключателя К2.
[0070] Настоящий вариант осуществления изобретения раскрывает избыточную схему получения энергии силового модуля, в которой, если происходит сбой контрольной платы, вторая зарядная схема посредством повышения напряжения конденсатора разрывает вторую трубку стабилизации напряжения и активирует команду смыкания затвора обходного выключателя; при этом, можно заменить вторую трубку стабилизации напряжения на диод; диод позволяет избежать возвращения выходного питания распределительной платы на конденсатор подмодуля.
[0071] Фигура 6 представляет собой схематическое изображение конструкции избыточной схемы получения энергии силового модуля по еще одному из вариантов осуществления настоящего изобретения; данная избыточная схема получения энергии силового модуля является избыточной схемой получения энергии для силового модуля, который включает по крайней мере один силовой полупроводниковый прибор, первый конденсатор С1, первый обходной выключатель К1, а избыточная схема получения энергии силового модуля включает распределительную плату 41, контрольную плату 12, первую зарядную схему 23, разрядную схему 14, вторую зарядную схему 35 и четвертый выключатель 46.
[0072] В данном варианте осуществления распределительная плата 41 является изолированной распределительной платой, включающей изолированный преобразователь, при этом электроцепи на первичной и вторичной сторонах преобразователя не имеют общего контакта заземления; распределительная плата 41 получает энергию от первого конденсатора С1 и подает питание на контрольную плату 12, а также заряжает разрядную схему 14. Один конец первой зарядной схемы 23 соединяется с положительным полюсом первого конденсатора С1, а другой конец соединяется с упомянутой разрядной схемой 14 и осуществляет зарядку разрядной схемы 14 в случае неисправной работы распределительной платы 41. Контрольная плата 12 контролирует замыкание разрядной схемы 14. После замыкания разрядная схема 14 разряжается и активирует соединение затвора первого обходного выключателя К1. Если силовой модуль и распределительная плата 41 не имеют общего контакта заземления, то четвертый выключатель 46 последовательно подключается между контактом заземления силового модуля и распределительной платой 41 и соединяет контакт заземления силового модуля и контакт заземления распределительной платы 41.
[0073] Первая зарядная схема 23 включает первую трубку стабилизации напряжения VD1, первый резистор R1 и третий выключатель К3.
[0074] Катод первой трубки стабилизации напряжения VD1 подключается к положительному полюсу первого конденсатора С1. Один конец первого резистора R1 подключается к одному концу третьего выключателя К3, а другой конец К3 подключается к аноду первой трубки стабилизации напряжения VD1, другой конец первого резистора R1 подключается к положительному полюсу второго конденсатора С2. Третий выключатель К3 используется для контроля размыкания первой зарядной схемы 23.
[0075] Разрядная схема 14 включает второй конденсатор С2 и второй выключатель К2.
[0076] Положительный полюс второго конденсатора С2 подключается к распределительной плате 41 и первой зарядной схеме 23, а его отрицательный полюс подключается к заземлению распределительной платы 41; таким образом, зарядка второго конденсатора С2 происходит посредством распределительной платы 41 или первой зарядной схемы 23. Один конец второго выключателя К2 подключается к положительному полюсу второго конденсатора С2, а другой его конец подключается к контрольной клемме первого обходного выключателя К1; после замыкания второго выключателя К2 второй конденсатор С2 разряжается и активирует смыкание затвора первого обходного выключателя К1.
[0077] В качестве второго выключателя К2 и четвертого выключателя К4 могут выступать, помимо прочего, переключатели одного или нескольких из следующих видов: механические переключатели, реле, тиристоры, БТИЗ (IGBT), биполярные транзисторы с коммутируемым затвором (IGCT), запираемые тиристоры (GTO), полевые МОП-транзисторы (MOSFET). Иными словами, второй выключатель К2 и четвертый выключатель К4 могут быть механическими переключателями или реле, а также могут быть электронными переключателями, например, тиристорами, БТИЗ (IGBT), биполярными транзисторами с коммутируемым затвором (IGCT), запираемыми тиристорами (GTO) или полевыми МОП-транзисторами (MOSFET); при этом сигнал активации второго выключателя и четвертого выключателя поступает от распределительной платы или контрольной платы.
[0078] В данном варианте осуществления распределительная плата является изолированной распределительной платой, включающей изолированный преобразователь, при этом изолированная распределительная плата включает изолированный преобразователь, при этом электроцепи на первичной и вторичной сторонах преобразователя не имеют общего контакта заземления; электроцепь получения избыточной энергии силового модуля включает четвертый выключатель К4, при этом четвертый выключатель К4 последовательно подключается между отрицательным полюсом второго конденсатора С2 и отрицательным полюсом первого конденсатора С1 и, когда распределительная плата не работает, он находится в сомкнутом состоянии, а при нормальной работе распределительной платы - в разомкнутом состоянии.
[0079] Избыточная схема получения энергии силового модуля по данному варианту осуществления изобретения может применяться для неизолированных и изолированных плат получения энергии, обладает единством функций, позволяет повысить надежность изначальной системы и имеет инженерно-практическую ценность.
[0080] Фигура 7А представляет собой схему технологического процесса способа управления избыточной схемой получения энергии силового модуля по одному из вариантов осуществления настоящего изобретения и включает следующие этапы:
[0081] На этапе S710 в случае неисправной работы распределительной платы первая зарядная схема осуществляет зарядку разрядной схемы.
[0082] Когда силовой модуль запускается, начинает заряжаться находящийся внутри силового модуля первый конденсатор С1. В случае сбоя силового модуля необходим осуществить обход и, если распределительная плата работает исправно, то она получает энергию от первого конденсатора С1 и подает питание на контрольную плату, а также заряжает второй конденсатор С2 разрядной схемы.
[0083] А в случае неисправной работы распределительной платы первый конденсатор С1 заряжается до такой степени, что его напряжение достигает первого порогового значения первой трубки стабилизации напряжения VD1 и происходит разрыв первой трубки стабилизации напряжения VD1. Первый конденсатор С1 заряжает второй конденсатор С2 посредством первой трубки стабилизации напряжения VD1 и первого резистора R1.
[0084] На этапе S720 контрольная плата контролирует замыкание разрядной схемы.
[0085] Контрольная плата контролирует замыкание разрядного контура, другими словами, контрольная плата дает команду о замыкании второго выключателя К2. Если контрольная плата не дает команду о замыкании второго выключателя К2, то силовой модуль, в котором произошел сбой, продолжает работать.
[0086] На этапе S730 после замыкания разрядная схема разряжается и активирует соединение затвора первого обходного выключателя.
[0087] После замыкания второго выключателя К2 разрядная схема замыкается, второй конденсатор С2 разряжается и активируется соединение затвора первого обходного выключателя К1, то есть осуществляется обход.
[0088] Фигура 7Б представляет собой блок-схему способа управления избыточной схемой получения энергии силового модуля, изображенного на Фиг. 7А, конкретные этапы осуществления которого показаны на Фиг. 7Б.
c1
[0089] Когда силовой модуль запускается, если в нем происходит сбой и необходимо осуществить обход, изначальное положение таково: выключатель К1 разомкнут, второй выключатель К2 разомкнут, первый конденсатор С1 силового модуля начинает заряжаться. Определяется, исправно ли работает распределительная плата; если распределительная плата работает исправно, то контрольная плата дает команду замыкания второго выключателя К2, второй конденсатор С2 разряжается и активирует смыкание затвора первого обходного выключателя К1. В случае неисправной работы распределительной платы первый конденсатор С1 продолжает заряжаться до такой степени, что его напряжение достигает первого порогового значения V первой трубки стабилизации напряжения VD1 и происходит разрыв первой трубки стабилизации напряжения VD1; первый конденсатор С1 заряжает второй конденсатор С2 посредством первой трубки стабилизации напряжения VD1, третьего выключателя К3 и первого резистора R1. Контрольная плата активирует смыкание затвора второго выключателя К2, второй конденсатор С2 разряжается и активируется соединение затвора первого обходного выключателя К1, то есть осуществляется обход.
[0090] Фигура 8А представляет собой схему технологического процесса способа управления избыточной схемой получения энергии силового модуля по еще одному из вариантов осуществления настоящего изобретения и включает следующие этапы:
[0091] На этапе S810 в случае неисправной работы распределительной платы первая зарядная схема осуществляет зарядку разрядной схемы.
[0092] Когда силовой модуль запускается, если в нем происходит сбой и необходимо осуществить обход, первый конденсатор С1 силового модуля начинает заряжаться; если распределительная плата работает исправно, то она получает энергию от первого конденсатора С1 и подает питание на контрольную плату, а также заряжает второй конденсатор С2 разрядной схемы.
c1
[0093] А в случае неисправной работы распределительной платы первый конденсатор С1 заряжается до такой степени, что его напряжение достигает первого порогового значения V первой трубки стабилизации напряжения VD1 и происходит разрыв первой трубки стабилизации напряжения VD1. Первый конденсатор С1 заряжает второй конденсатор С2 посредством первой трубки стабилизации напряжения VD1 и первого резистора R1.
[0094] На этапе S821 в случае неисправной работы контрольной платы вторая зарядная схема активирует замыкание разрядной схемы.
[0095] Неисправная работа контрольной платы может быть вызвана как неисправностью распределительной платы, так и неисправностью самой контрольной платы, при этом она не может подать команду смыкания затвора второго выключателя К2 или же команда смыкания затвора второго выключателя К2 подается, но затвор первого обходного выключателя К1 не может успешно сомкнуться. В данном варианте осуществления хотя контрольная плата подала сигнал смыкания затвора второго выключателя К2, но затвор первого обходного выключателя К1 не смог успешно сомкнуться.
C2
[0096] В случае неисправной работы контрольной платы вторая зарядная схема активирует замыкание второго выключателя К2. При этом, вторая зарядная схема включает вторую трубку стабилизации напряжения VD2 и второй резистор R2. Когда первый конденсатор С1 продолжает заряжаться до такой степени, что его напряжение достигает второго порогового значения V второй трубки стабилизации напряжения VD2, происходит разрыв второй трубки стабилизации напряжения VD2 и активируется смыкание затвора второго выключателя К2.
[0097] На этапе S830 после замыкания разрядная схема разряжается и активирует соединение затвора первого обходного выключателя.
[0098] После замыкания второго выключателя К2 разрядная схема замыкается, второй конденсатор С2 разряжается и активируется соединение затвора первого обходного выключателя К1, то есть осуществляется обход.
[0099] В данном варианте осуществления в случае неисправной работы распределительной платы первая зарядная схема осуществляет зарядку разрядной схемы вместо распределительной платы; а в случае неисправной работы контрольной платы вторая зарядная схема активирует замыкание разрядной схемы вместо распределительной платы; эти два варианта могут комбинироваться по необходимости.
[0100] Фигура 8Б представляет собой блок-схему способа управления избыточной схемой получения энергии силового модуля, изображенного на Фиг. 8А, конкретные этапы осуществления которого приведены ниже.
[0101] Как показано на Фиг. 8Б, когда силовой модуль работает исправно, изначальное положение таково: первый выключатель К1 разомкнут, второй выключатель К2 разомкнут, третий выключатель К3 разомкнут. Если обнаруживается, что в силовом блоке произошел сбой и необходимо осуществить обход, то происходит блокировка всех команд запуска модуля выключателя. Если контрольная плата работает исправно, то контрольная плата дает команду второму выключателю К2 и активируется смыкание затвора первого обходного выключателя К1. Если смыкание затвора происходит успешно, то процесс прекращается; если смыкания затвора не происходит, то осуществляется следующие процесс.
[0102] Первый конденсатор С1 продолжает заряжаться и определяется, исправно ли работает распределительная плата.
C2
[0103] Если распределительная плата работает исправно, то, когда напряжение конденсатора достигает второго порогового значения V второй трубки стабилизации напряжения VD2, происходит разрыв второй трубки стабилизации напряжения VD2. Активируется смыкание затвора второго выключателя К2, второй конденсатор С2 разряжается и активируется соединение затвора первого обходного выключателя К1;
c1
[0104] В случае неисправной работы распределительной платы, замыкается третий выключатель К3, а первый конденсатор С1 продолжает заряжаться; когда напряжение конденсатора достигает первого порогового значения V первой трубки стабилизации напряжения VD1, происходит разрыв первой трубки стабилизации напряжения VD1.
C2
[0105] Первый конденсатор С1 продолжает заряжаться; когда напряжение конденсатора достигает второго порогового значения V второй трубки стабилизации напряжения VD2, происходит разрыв второй трубки стабилизации напряжения VD2. Вторая зарядная схема активирует смыкание затвора второго выключателя К2, второй конденсатор С2 разряжается и активируется смыкание затвора первого обходного выключателя К1, то есть осуществляется обход.
[0106] Фигура 9 представляет собой схему технологического процесса способа управления избыточной схемой получения энергии силового модуля по еще одному из вариантов осуществления настоящего изобретения и включает следующие этапы:
[0107] На этапе S901 если во время нормальной работы силового блока происходит неисправность, то происходит блокировка всех команд запуска силового модуля.
[0108] Если во время нормальной работы силового блока происходит неисправность и необходимо осуществить обход, то сначала необходимо заблокировать все команды запуска силового модуля.
[0109] На этапе S910 в случае неисправной работы распределительной платы первая зарядная схема осуществляет зарядку разрядной схемы.
[0110] Первый конденсатор С1 силового модуля заряжается; если распределительная плата работает исправно, то она получает энергию от первого конденсатора С1 и подает питание на контрольную плату, а также заряжает разрядную схему. А в случае неисправной работы распределительной платы первый конденсатор С1 заряжается до такой степени, что его напряжение достигает первого порогового значения первой трубки стабилизации напряжения VD1 и происходит разрыв первой трубки стабилизации напряжения VD1. Первый конденсатор С1 заряжает второй конденсатор С2 посредством первой трубки стабилизации напряжения VD1 и первого резистора R1.
[0111] На этапе S920 контрольная плата контролирует замыкание разрядной схемы.
[0112] Контрольная плата контролирует замыкание разрядного контура, другими словами, контрольная плата дает команду о замыкании второго выключателя К2. Если контрольная плата не дает команду о замыкании второго выключателя К2, то силовой модуль, в котором произошел сбой, продолжает работать.
[0113] На этапе S930 после замыкания разрядная схема разряжается и активирует соединение затвора первого обходного выключателя.
[0114] После замыкания второго выключателя К2 разрядная схема замыкается, второй конденсатор С2 разряжается и активируется соединение затвора первого обходного выключателя К1, то есть осуществляется обход.
[0115] Фигура 10 представляет собой схему технологического процесса способа управления избыточной схемой получения энергии силового модуля по еще одному из вариантов осуществления настоящего изобретения и включает следующие этапы.
c1
C2
[0116] При запуске силового модуля изначальное положение таково: первый выключатель К1 разомкнут, второй выключатель К2 разомкнут, третий выключатель К3 замкнут. Если в силовом модуле происходит сбой и необходимо осуществить обход, то начинает заряжаться находящийся внутри силового модуля первый конденсатор С1. Определяется, исправно ли работает распределительная плата. Если распределительная плата работает исправно, то контрольная плата дает команду замыкания второго выключателя К2, второй конденсатор С2 разряжается и активирует смыкание затвора первого обходного выключателя К1. В случае неисправной работы распределительной платы первый конденсатор С1 продолжает заряжаться. Когда напряжение конденсатора достигает первого порогового значения V первой трубки стабилизации напряжения VD1, происходит разрыв первой трубки стабилизации напряжения VD1. Первый конденсатор С1 заряжает второй конденсатор С2 посредством первой трубки стабилизации напряжения VD1, третьего выключателя К3 и первого резистора R1. Первый конденсатор С1 продолжает заряжаться; когда напряжение конденсатора С1 достигает второго порогового значения V второй трубки стабилизации напряжения VD2, происходит разрыв второй трубки стабилизации напряжения VD2. Активируется смыкание затвора второго выключателя К2, второй конденсатор С2 разряжается и активируется соединение затвора первого обходного выключателя К1.
[0117] Избыточная схема получения энергии силового блока, раскрытая в настоящем изобретении, позволяет в случае запуска силового модуля и сбоя платы получения энергии силового модуля аккумулировать энергию для контура смыкания затвора обходного выключателя, то есть обеспечить достаточную энергию для смыкания затвора обходного выключателя. Если происходит сбой контрольной платы, посредством повышения напряжения конденсатора происходит разрыв второй трубки стабилизации напряжения и активируется команда смыкания затвора обходного выключателя; при этом, можно заменить трубку стабилизации напряжения на диод; диод позволяет избежать возвращения выходного питания распределительной платы на конденсатор подмодуля. Если не удается сомкнуть затвор обходного выключателя, по-прежнему можно посредством повышения напряжения конденсатора еще раз аккумулировать энергию контура смыкания затвора обходного выключателя, а после этого активировать команду смыкания затвора обходного выключателя. Настоящее изобретение обеспечивает двойную конфигурацию как в аккумулировании энергии контура смыкания затвора обходного выключателя, так и в активация команды смыкания затвора, что позволяет повысить надежность успешного осуществления обхода, избежать повреждений модуля выключателя и конденсатора в условиях превышения напряжения, а также избежать принудительной остановки работы преобразователя. Избыточная схема получения энергии силового модуля по данному варианту осуществления изобретения может применяться для неизолированных и изолированных плат получения энергии, она обладает единством функций, позволяет повысить надежность изначальной системы и имеет инженерно-практическую ценность.
[0118] Необходимо заметить, что приведенные выше для описания чертежей варианты осуществления предназначены только для разъяснения настоящего изобретения и ни в коем случае не ограничивают его диапазон; рядовой технический персонал должен понимать, что любые модификации и тождественные замены, вносимые в настоящее изобретение при соблюдении духа и диапазона настоящего изобретения также находятся в диапазоне защиты настоящего изобретения. При этом, если иное не следует из контекста, все приведенные здесь формы единственного числа также включают формы множественного числа и наоборот. Кроме того, если явно не указано иное, любой из вариантов осуществления может полностью или частично применяться в сочетании с другим вариантом осуществления, как полным, так и его частью.