CN103427436A - 由变频器的直流母线隔离变换吸收再生电能的系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种由变频器的直流母线隔离变换吸收再生电能的系统及方法，该系统包括：各自分别控制一台电机的至少两台变频器；分别与对应变频器的内部直流母线相连的至少两台隔离变换装置；以及与该至少两台隔离变换装置的输出相连的逆变装置；各隔离变换装置的输出端是并接在同一外部并联直流母线上，每台隔离变换装置具体包括：DC/AC变换器；隔离变压器；以及AC/DC变换器；该逆变装置的输入端与该外部并联直流母线相连，用以将该外部并联直流母线上的直流电能转换为工频交流电能，从而可将各电机提供的再生电能回送到一个交流供电网络和/或直接驱动相应的用电设备。本发明可以大大拓宽两台及两台以上变频器电能吸收系统的适用范围。

Description

由变频器的直流母线隔离变换吸收再生电能的系统及方法

技术领域

本发明涉及对变频器控制的电机系统的再生电能进行吸收利用的系统，尤其涉及对两台及两台以上的变频器控制的电机系统的再生电能进行吸收利用的系统。

背景技术

中国专利申请CN101673953A公开了一种可连接多台变频器的新型能量回馈装置，其包括直流并联二极管和滤波电容电路、三相逆变电路、三相滤波电路、智能主控制单元；所述直流并联二极管和滤波电容电路，连接多个变频器，限制各变频器的电能只能以直流形式输入到能量反馈装置中，且对直流输入起到稳压滤波的作用；所述三相逆变电路，将从变频器传递过来的直流电能逆变为与电网同频同相的交流电，传送回电网中；所述三相滤波电路，用于滤除基波以外的谐波；所述智能主控制单元，通过采样直流母线电压、三相逆变电路的输出电流以及电网电压信号输出高频脉冲触发信号控制三相逆变电路中六个开关管的开通和关断；所述直流并联二极管和滤波电容电路包括二极管D7~Dn及电解电容组C1~Cn，二极管D7~Dn阳极连接各个变频器直流输出正极、阴极接装置内部直流母线正极，装置内部直流母线负极连接各个变频器直流输出负极，直流母线正负极之间连接有先两两串联再并联的电解电容组C1~Cn，，所述直流母线的电压输出信号传递给智能主控制单元；所述三相逆变电路包括高频开关管T1~T6，所述开关管以三相半桥的方式连接，所述三相逆变电路的三相输出电流信号传递给智能主控制单元；所述三相滤波电路包括共频电感L1、L2、L3和EMI滤波器，所述共频电感L1、L2和L3的输入端分别连接三相逆变电路的三相输出端，所述工频电感L1、L2和L3的输出端连接EMI滤波器，所述EMI滤波器输出与电网电压同频同相的交流电到电网，所述电网电压信号传递给智能主控制单元；所述智能主控制单元中包括有三相逆变电路的驱动电路，连接三相逆变电路控制其六个开关管的开通和关断。中国专利CN201674235U公开了一种能量回馈电梯系统，其包括用于向系统各装置提供电力的供电装置、电梯变频器、与电梯变频器相连的拽引电机、设置在电梯变频器与供电装置之间用于将电梯机械能转换为电能并储能后回送至供电装置中的能量回馈装置，该电梯系统至少包含两个电梯变频器，所述的电梯变频器的输出端通过变频器回馈连接器与能量回馈装置相连。所述的变频器回馈连接器由四个大功率二极管D1、D2、D3、D4组成，所述的能量回馈装置的直流输入端子DC（+）与大功率二极管D1、D2的负极相连，直流输入端子DC（-）与大功率二极管D3、D4的正极相连；其中，一个电梯变频器直流母线的正极与大功率二极管D1的正极相连、负极N与大功率二极管D3的正极相连；另一个电梯变频器直流母线的正极与大功率二极管D2的正极相连、负极N与大功率二极管D4的正极相连。现有的这些变频器电量吸收机构，存在的缺陷包括：只能工作于同一电网，也就是，两台变频器的供电只能由同一个供电网络提供，不能适用于两台及两台以上变频器分别由两个不同供电网络供电的情形；各变频器必须是电压等级同一并且性能同一的，也就是说，不能适用于两台及两台以上变频器之间存在电压等级和/或电性能上的差异的情形，不能适用于处于不同电位的变频器的连接，这大大限制了两台及两台以上变频器电量吸收的适用范围。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于克服上述现有技术存在的不足，而提出一种由变频器的直流母线隔离变换吸收再生电能的系统，能够适用于两台及两台以上变频器分别由两个不同供电网络供电的情形，能够适用于两台及两台以上变频器之间存在电压等级和/或电性能上的差异的情形，能够适用于处于不同电位的变频器的连接，从而大大拓宽两台及两台以上变频器电量吸收的适用范围。

本发明的发明人经过研究发现：通过将各变频器的直流母线分别连接一隔离变换装置，可以将各变频器所驱动的电机处于发电机状态而生成的直流形式的电能先转换为高频交流形式的电能，经由高频变压器隔离后，再进行整流而得到直流形式的电能；这些隔离变换装置的输出端并联在一起，从而这些经隔离处理的直流形式的电能能够并接到同一外部并联直流母线上；该外部并联直流母线为逆变装置供电，从而经过该逆变装置的处理，就可以得到工频交流形式的再生电能，该再生电能可以回送到一个交流供电网络和/或直接驱动相应的用电设备。

为此，本发明针对上述技术问题而提出的技术方案包括，提出一种由变频器的直流母线隔离变换吸收再生电能的系统，包括各自分别控制一台电机的至少两台变频器，每台变频器包括通过内部直流母线相连的整流单元和逆变单元，该系统还包括分别与对应变频器的内部直流母线相连的至少两台隔离变换装置以及与该至少两台隔离变换装置的输出相连的逆变装置；各隔离变换装置的输出是并接在同一外部并联直流母线上，每台隔离变换装置包括：DC/AC变换器，其与对应变频器的内部直流母线相连，用以将对应电机处于发电状态而产生的直流形式的电能转换为高频交流电能；隔离变压器，其输入端与该DC/AC变换器的输出相连；以及AC/DC变换器，其输入端与该隔离变压器的输出相连，用以将该高频交流电能转换为直流电能；该逆变装置的输入端与该外部并联直流母线相连，用以将该外部并联直流母线上的直流电能转换为工频交流电能，从而可将各电机提供的再生电能回送到一个交流供电网络和/或直接驱动相应的用电设备。

所述的各台变频器是可以分别由电压、相位或频率不同的交流供电网络供电的；和/或，所述的各台变频器是可以由不同电位的交流供电网络供电的。

所述的各台变频器的电性能是可以不同的。

所述的工频交流电能是指频率为50Hz或60Hz的交流电能。

所述的高频交流电能的频率大于所述的工频交流电能的频率。

每台隔离变换装置还包括控制器，用以控制该隔离变换装置中的DC/AC变换器的工作。

该DC/AC变换器包括至少一受控开关，该控制器能够监测对应变频器的内部直流母线上的电压和/或电流状态而控制该至少一受控开关的开通/关断。

该控制器还能够监测该外部并联直流母线上的电压和/或电流状态而控制该至少一受控开关的开通/关断。

该系统还包括主控制器，该主控制器与各台隔离变换装置中的控制器相连。

与现有技术相比，本发明的由变频器的直流母线隔离变换吸收再生电能的系统，可以大大拓宽两台及两台以上变频器电能吸收系统的适用范围。

附图说明

图1是本发明的由变频器的直流母线隔离变换吸收再生电能的系统实施例一结构框图。

图2是本发明的隔离变换装置结构框图。

图3是本发明的由变频器的直流母线隔离变换吸收再生电能的系统实施例二结构框图。

其中，附图标记说明如下：1 变频器 11 整流单元 12 逆变单元 2 电机 3 隔离变换装置 31 DC/AC变换器 32 隔离变压器 33 AC/DC变换器 34 控制器 4 逆变装置 5 主控制器。 

具体实施方式

以下结合附图，对本发明予以进一步地详尽阐述。

本发明提出一种由变频器的直流母线隔离变换吸收再生电能的方法，包括设置各自分别控制一台电机的至少两台变频器，每台变频器包括通过内部直流母线相连的整流单元和逆变单元，还包括：

设置分别与对应变频器的内部直流母线相连的至少两台隔离变换装置，各隔离变换装置的输出端是并接在同一并联直流母线上，每台隔离变换装置包括：DC/AC变换器，其与对应变频器的内部直流母线相连，用以将对应电机处于发电状态而产生的直流形式的电能转换为高频交流电能；隔离变压器，其输入端与该DC/AC变换器的输出相连；以及AC/DC变换器，其输入端与该隔离变压器的输出相连，用以将该高频交流电能转换为直流电能；

设置与该至少两台隔离变换装置的输出相连的逆变装置，该逆变装置的输入端与该外部并联直流母线相连，用以将该外部并联直流母线上的直流电能转换为工频交流电能，从而可将各电机提供的再生电能回送到一个交流供电网络和/或直接驱动相应的用电设备。

需要说明的是，本发明中所指的电机可以是单相电机，也可以是二相电机、三相电机；本发明中所指的交流供电网络可以是三相交流供电网络，也可以是单相交流供电网络；本发明所指的逆变装置可以是将直流转换为单相交流的装置，也可以是将直流转换为三相交流的装置。本发明的方法能够适用于诸如电梯之类用电设备，可以将两台及两台以上采用了变频器控制的电梯在运行过程中所产生的再生电能予以有效吸收和利用。

参见图1，本发明的由变频器的直流母线隔离变换吸收再生电能的系统实施例一大致包括：两台及两台以上的变频器1，每台变频器1包括通过内部直流母线相互连接的整流单元11和逆变单元12，每台变频器1可以由一个交流供电网络供点，各交流供电网络ACin1、ACin2…ACinN可以是同一个网络，也可以是不同的网络，也就是说，各台变频器1可以分别由电压、相位或频率不同的交流供电网络供电，各台变频器1可以由不同电位的交流供电网络供电，各台变频器1的电性能可以不同；每台变频器1可以对应驱动一台电机2，从而实现诸如电梯之类用电设备；为了能够很好地对各台电机2处于发电机状态时产生的电能进行吸收和利用，对应每台变频器1，装设有一台隔离变换装置3，其输入端连接到变频器1的内部直流母线+、-，其输出端连接到一外部并联直流母线P、N上，该外部并联直流母线P、N可以将两台及两台以上的分别由变频器1带动的电机2所产生的电能汇合到一起，如果将该外部并联直流母线P、N比拟为一条河流，则各隔离变换装置3相当于向该河流输送水流的、具有控制开关的管道；为了能够很好地将这些再生电能加以利用，对应于该外部并联直流母线P、N，还设置有逆变装置4，其可以将该外部并联直流母线P、N上的直流电能转换为工频交流电能ACback，从而可将再生电能回送到一个交流供电网络和/或直接驱动相应的用电设备。

参见图2，本发明的隔离变换装置3具体包括有： DC/AC变换器31，其与对应变频器1的内部直流母线相连，其具有至少一受控开关，用以将对应电机2处于发电状态而产生的直流形式的电能转换为高频交流电能；隔离变压器32，其输入端与该DC/AC变换器31的输出相连；AC/DC变换器33，其输入端与该隔离变压器32的输出相连，用以将该高频交流电能转换为直流电能；以及控制器34，用以控制该DC/AC变换器31中的受控开关的开通/关断。

更具体而言，该DC/AC变换器31中的受控开关可以由大功率的可控硅、晶闸管、IGBT、MOSFET等构成，该DC/AC变换器31的具体实现可以多种多样，比如，一种结构可以是：在变频器1的内部直流母线+、-之间串接有两个由两个串联的IGBT构成的支路，而该隔离变压器32的初级线圈是桥接在这两个支路上，四个IGBT的控制端分别与控制器34的相应端口相连；另一种结构可以是：将上述的一个由两个串联的IGBT构成的支路替换为由两个串联的电容构成的支路，两个IGBT的控制端分别与控制器34的相应端口相连；又一种结构可以是：采用一个晶闸管，该隔离变压器32的初级线圈与该晶闸管串联，该晶闸管的控制端与控制器34的相应端口相连。

该隔离变压器32是高频变压器，可以工作在比普通工频50/60Hz高的频率范围，比如：100Hz，1KHz，10KHz甚至100KHz。

该AC/DC变换器33可以是各种的整流、滤波电路，优选地，可以选用全波整流电路。

该控制器34包括可编程控制器、工控机、由微处理器构成的嵌入式系统等主单元，用以监测对应变频器1的内部直流母线+、-上的电压和/或电流状态的输入侧检测单元，以及能够监测该外部并联直流母线P、N上的电压和/或电流状态的输出侧检测单元，从而该主单元能够根据该输入侧检测单元和/或输出侧检测单元提供的信号，控制该DC/AC变换器31中的受控开关的开通/关断，进而能够将对应电机2处于发电状态时产生的电能输送到该外部并联直流母线P、N上。

参见图3，本发明的由变频器的直流母线隔离变换吸收再生电能的系统实施例二与上述实施例一的区别在于：实施例二中的系统还可进一步包括主控制器5，其能够与各台隔离变换装置3中的控制器34相连以协调各控制器34的工作。需要说明的是，通过设置主控制器5，可以相应地简化各控制器34的功能，从而降低各控制器34的软硬件配置。

上述内容，仅为本发明的较佳实施例，并非用于限制本发明的实施方案，本领域普通技术人员根据本发明的主要构思和精神，可以十分方便地进行相应的变通或修改，故本发明的保护范围应以权利要求书所要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种由变频器的直流母线隔离变换吸收再生电能的系统，包括各自分别控制一台电机的至少两台变频器，每台变频器包括通过内部直流母线相连的整流单元和逆变单元，其特征在于，该系统还包括分别与对应变频器的内部直流母线相连的至少两台隔离变换装置以及与该至少两台隔离变换装置的输出相连的逆变装置；各隔离变换装置的输出是并接在同一外部并联直流母线上，每台隔离变换装置包括：DC/AC变换器，其与对应变频器的内部直流母线相连，用以将对应电机处于发电状态而产生的直流形式的电能转换为高频交流电能；隔离变压器，其输入端与该DC/AC变换器的输出相连；以及AC/DC变换器，其输入端与该隔离变压器的输出相连，用以将该高频交流电能转换为直流电能；该逆变装置的输入端与该外部并联直流母线相连，用以将该外部并联直流母线上的直流电能转换为工频交流电能，从而可将各电机提供的再生电能回送到一个交流供电网络和/或直接驱动相应的用电设备。

2.依据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的各台变频器是可以分别由电压、相位或频率不同的交流供电网络供电的；和/或，所述的各台变频器是可以由不同电位的交流供电网络供电的。

3.依据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的各台变频器的电性能是可以不同的。

4.依据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的工频交流电能是指频率为50Hz或60Hz的交流电能。

5.依据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的高频交流电能的频率大于所述的工频交流电能的频率。

6.依据权利要求1所述的系统，其特征在于，每台隔离变换装置还包括控制器，用以控制该隔离变换装置中的DC/AC变换器的工作。

7.依据权利要求6所述的系统，其特征在于，该DC/AC变换器包括至少一受控开关，该控制器能够监测对应变频器的内部直流母线上的电压和/或电流状态而控制该至少一受控开关的开通/关断。

8.依据权利要求7所述的系统，其特征在于，该控制器还能够监测该外部并联直流母线上的电压和/或电流状态而控制该至少一受控开关的开通/关断。

9.依据权利要求6至8任一所述的系统，其特征在于，该系统还包括主控制器，该主控制器与各台隔离变换装置中的控制器相连。

10.一种由变频器的直流母线隔离变换吸收再生电能的方法，包括设置各自分别控制一台电机的至少两台变频器，每台变频器包括通过内部直流母线相连的整流单元和逆变单元，其特征在于，还包括：

设置分别与对应变频器的内部直流母线相连的至少两台隔离变换装置，各隔离变换装置的输出端是并接在同一并联直流母线上，每台隔离变换装置包括：DC/AC变换器，其与对应变频器的内部直流母线相连，用以将对应电机处于发电状态而产生的直流形式的电能转换为高频交流电能；隔离变压器，其输入端与该DC/AC变换器的输出相连；以及AC/DC变换器，其输入端与该隔离变压器的输出相连，用以将该高频交流电能转换为直流电能；

设置与该至少两台隔离变换装置的输出相连的逆变装置，该逆变装置的输入端与该外部并联直流母线相连，用以将该外部并联直流母线上的直流电能转换为工频交流电能，从而可将各电机提供的再生电能回送到一个交流供电网络和/或直接驱动相应的用电设备。

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