CN105227001B - 一种用于多负载的变频调速系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于多负载的变频调速系统及其方法，该系统包括相互连接的用于执行变频调速的变频器装置以及用于控制多套负载的多负载控制装置，变频器装置通过第一断路器QF1接入高压电源，多负载控制装置包括控制器以及分别与控制器连接的多条切换开关支路，每条切换开关支路的输出端连接一套负载，输入端分为两路，其中一路通过接入断路器连接高压电源，另一路通过变频切换开关连接变频器装置；该方法通过控制器控制各条切换开关支路来实现多负载变频软起动。本发明能够实现多负载的变频软起动以及变频调节，具有结构原理简单、操作简便、所需成本低、对电网影响小且可扩展性好等优点。

Description

一种用于多负载的变频调速系统及其方法

技术领域

本发明涉及负载起动与调节技术领域，尤其涉及一种用于多负载的变频调速系统及其方法。

背景技术

在部分工艺系统中，如多级气体压缩机系统，可能存在有多套负载，因而由工艺要求通常需要在不同的时间段对各个负载起停或速度进行调节；为实现各个负载的软起动、变频调速，若为每套负载均设置一套软起动、变频调速装置，则会大大提高系统成本。目前针对大功率多负载还只存在多负载起动的解决方案，无法实现速度调节功能，且多负载起动中一般是使用普通水阻、晶闸管软起动器等来直接执行起动，电流通常只能控制在一定范围内（一般为4倍额定电流以下），难以将负载电流控制在额定电流以下，对电网的影响较大，且会导致能源浪费，同时易于造成机组机械损伤等。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种能够实现多负载的变频软起动以及变频调节，且结构原理简单、操作简便、所需成本低、对电网影响小且可扩展性好的用于多负载的变频调速系统及其方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种用于多负载的变频调速系统，包括相互连接的用于执行变频调速的变频器装置以及用于控制多个负载的多负载控制装置，所述变频器装置通过第一断路器QF1接入高压电源，所述多负载控制装置包括控制器以及分别与所述控制器连接的多条切换开关支路，每条所述切换开关支路的输出端连接一个负载，输入端分为两路，其中一路通过接入断路器连接高压电源，另一路通过变频切换开关连接所述变频器装置；通过所述控制器控制各条切换开关支路中接入断路器、变频切换开关的开断。

作为本发明系统的进一步改进：所述变频器装置的输入端设置有第一开关QS1，输出端设置有第二开关QS2。

作为本发明系统的进一步改进：所述变频切换开关为接触器或真空断路器。

作为本发明系统的进一步改进：所述控制器为PLC。

作为本发明系统的进一步改进：每条所述切换开关支路还包括设置在负载端的电流检测模块，所述电流检测模块与所述控制器连接。

本发明进一步提供一种利用上述变频调速系统的方法，所述方法包括多负载变频起动步骤，具体步骤包括：

1）初始状态下断开第一断路器QF1、各条所述切换开关支路中接入断路器、变频切换开关；选取一个负载作为当前需要执行变频调速的目标负载，转入执行步骤2）；

2）通过所述控制器控制闭合所述第一断路器QF1，并将目标负载所对应的所述切换开关支路中变频切换开关闭合，由变频器装置控制目标负载执行变频软起动，目标负载达到软起动要求后，所述控制器控制将目标负载所对应的所述切换开关支路中接入断路器闭合、变频切换开关断开，转入执行步骤3）；

3）取下一个负载作为当前需要执行变频调速的目标负载，返回执行步骤2）。

作为本发明方法的进一步改进：所述步骤2）中目标负载执行变频软起动的具体步骤为：

2.1）由变频器装置控制目标负载运行，并判断目标负载的转速是否达到额定值，如果是，将目标负载所对应的所述切换开关支路中接入断路器闭合，转入执行步骤2.2），否则返回执行步骤2.1）；

2.2）调节变频器装置的输出相位和幅值，若所述输出相位、幅值达到起动要求，转入执行步骤2.3），否则返回执行步骤2.2）；

2.3）所述控制器控制将目标负载所对应的所述切换开关支路中变频切换开关断开，完成目标负载的软起动过程，转入执行步骤3）。

作为本发明方法的进一步改进，所述多负载变频起动步骤后还包括负载变频调节步骤，具体步骤为：若需要对指定负载进行变频调节，所述控制器控制将指定负载所对应的所述切换开关支路中接入断路器断开、变频切换开关闭合，使得指定负载转换为变频模式运行，通过所述变频器装置对指定负载进行变频调节。

作为本发明方法的进一步改进，所述变频器装置对指定负载进行变频调节的具体步骤为：由所述变频器装置调节指定负载的转速并进行跟踪，直至指定负载的转速达到所需大小。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1）本发明通过设置多条切换开关控制各负载接入变频器或高压电源，则通过控制器控制各条切换开关的开断，即可实现由一套变频器装置拖动多套负载的依次软起动以及指定负载的变频调节，满足多负载系统的工艺需求且实现操作简单，极大的降低了多负载起动、调速系统所需的成本以及占用空间体积，且提高了多负载的起动、调节效率；

2）本发明采用变频器对各负载执行变频软起动，具有良好的软起动性能，能够有效将负载电流控制在额定电流以下，减小起动过程对电网侧的冲击影响；

3）本发明通过控制器控制相应切换开关，可将处于工频模式的负载转为接入变频器进行变频调节，实现对指定负载的变频调节功能，从而可根据实际需要调节各负载，提高多负载系统的运行效率，同时由变频器进行变频调节还可以减少对网侧影响；

4）本发明各套负载通过切换开关支路并行接入，可以根据实际所需控制的负载配置变频调速系统，因而负载的接入与切出均不会影响其他负载的变频调速功能，具有良好的可扩展性能。

附图说明

图1是本实施例用于多负载的变频调速系统的结构示意图。

图2是本实施例中执行一套负载变频软起动的实现流程示意图。

图3是本实施例中负载变频调速的实现流程示意图。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

如图1所示，本实施例用于多负载的变频调速系统，以负载包括M1、M2、M3三套为例，包括相互连接的用于执行变频调速的变频器装置以及用于控制多套负载（M1、M2、M3）的多负载控制装置，变频器装置通过第一断路器QF1接入高压电源，多负载控制装置包括控制器以及分别与控制器连接的多条切换开关支路（切换开关支路1，2，3），每条切换开关支路的输出端连接一套负载，输入端分为两路，其中一路通过接入断路器连接高压电源，另一路通过变频切换开关连接变频器装置；通过控制器控制各条切换开关支路中接入断路器、变频切换开关的开断。其中切换开关支路1、2、3的接入断路器分别对应为第二断路器QF2、第三断路器QF3以及第四断路器QF4，变频切换开关分别对应为第一切换开关KM1、第二切换开关KM2以及第三切换开关KM3。本实施例各条切换开关支路设置在PLC开关柜中，通过PLC控制系统控制开关柜中各切换开关、断路器。

本实施例中，当需要对指定负载进行软起动时，将第一断路器QF1闭合、变频切换开关闭合，指定负载接入变频器装置执行变频软起动，软起动完成后将指定负载对应的接入接触器闭合、变频切换开关断开，指定负载转入工频运行模式；当需要对指定负载进行变频调节时，将指定负载对应的接入接触器断开、变频切换开关闭合，指定负载接入变频器装置进行变频调节。

本实施例采用上述结构，由控制器控制各条切换开关的开断，控制切换各负载软起动、变频调节，从而可实现由一套变频器装置拖动多套负载（负载数大于等于3）的依次软起动以及指定负载的变频调节，满足多负载系统的工艺需求且实现操作简单，极大的降低了多负载起动、调速系统所需的成本以及占用空间体积，提高多负载的起动、调节效率；同时，变频器的软起动性能要远优于传统的固态、水阻软起器等直接起动方式，能够有效将负载电流控制在额定电流以下，减小起动过程对电网侧的冲击影响。

本实施例上述结构，通过控制器控制相应切换开关，可将处于工频模式的负载转为接入变频器进行变频调节，实现对指定负载的变频调节功能，从而可根据实际需要调节各负载，提高多负载系统的运行效率，同时由变频器进行变频调节还可以减少对网侧影响。

本实施中各套负载（M1，M2，M3）通过切换开关支路（切换开关支路1，2，3）并行接入，可以根据实际所需拓展为多条切换开关支路控制多套负载，负载的接入与切出均不会影响系统中其他负载的变频调速功能，具有良好的可扩展性能。

本实施例中，变频器装置的输入端设置有第一开关QS1，输出端设置有第二开关QS2，变频器通过第一开关QS1、第一断路器QF1连接高压电源，通过第二开关QS2、变频切换开关（KM1、KM2、KM3）连接各负载（M1、M2、M3）。第一开关QS1、第二开关QS2在正常运行时闭合，检修变频器前则断开，以确保维修安全。本实施例第一开关QS1、第二开关QS2具体采用手动刀闸开关，且设置于PLC开关柜中。

本实施例中，变频切换开关（KM1、KM2、KM3）可采用接触器，也可采用真空断路器等其他类型开关。由于接触器的成本较低，因而变频切换开关采用接触器时，可以进一步降低系统所需成本。

本实施例中，控制器为PLC（Programmable Logic Controller，可编程式逻辑控制器），通过PLC可以实现对多套复杂系统内部器件的控制逻辑，从而方便的实现多条切换开关支路的灵活控制。

本实施例中，每条切换开关支路还包括设置在负载端的电流检测模块，电流检测模块与控制器连接。PLC通过电流检测模块检测各负载的电流，实现对整体变频调速系统的监控。

本实施例进一步提供一种利用上述变频调速系统的方法，该方法包括多负载变频起动步骤，具体步骤包括：

1）初始状态下断开第一断路器QF1、各条切换开关支路中接入断路器、变频切换开关；选取一个负载作为当前需要执行变频调速的目标负载，转入执行步骤2）；

2）通过控制器控制闭合第一断路器QF1，并将目标负载所对应的切换开关支路中变频切换开关闭合，由变频器装置控制目标负载执行变频软起动，目标负载达到软起动要求后，控制器控制将目标负载所对应的切换开关支路中接入断路器闭合、变频切换开关断开，转入执行步骤3）；

3）取下一个负载作为当前需要执行变频调速的目标负载，返回执行步骤2）。

本实施例中，步骤2）中目标负载执行变频软起动的具体步骤为：

2.1）由变频器装置控制目标负载运行，并判断目标负载的转速是否达到额定值，如果是，将目标负载所对应的切换开关支路中接入断路器闭合，转入执行步骤2.2），否则返回执行步骤2.1）；

2.2）调节变频器装置的输出相位和幅值，若输出相位、幅值达到起动要求，转入执行步骤2.3），否则返回执行步骤2.2）；

2.3）控制器控制将目标负载所对应的切换开关支路中变频切换开关断开，完成目标负载的软起动过程，转入执行步骤3）。

如图2所示，以M1负载执行软起动为例，在变频器低压控制系统就绪后，闭合第一断路器QF1、第一开关QS1、第二开关QS2以及第一变频切换开关KM1，变频器拖动M1负载从零到额定转速，M1负载达到额定转速后闭合第二断路器QF2，调节变频器输出相位和幅值，调节至给定值达到起动要求后分断第一变频切换开关KM1，M1负载的起动过程完成，M1负载从变频转为工频运行模式。M2、M3负载的起动过程与上述M1起动过程的原理一致。

本实施例中，多负载变频起动步骤后还包括负载变频调节步骤，具体步骤为：若需要对指定负载进行变频调节，控制器控制将指定负载所对应的切换开关支路中接入断路器断开、变频切换开关闭合，使得指定负载转换为变频模式运行，通过变频器装置对指定负载进行变频调节。

本实施例中，变频器装置对指定负载进行调速的具体步骤为：由变频器装置调节指定负载的转速并进行跟踪，直至指定负载的转速达到所需大小。

如图3所示，以M1负载执行变频调节为例，M1负载处于工频运行模式，且变频器低压控制系统就绪后，分断第二断路器QF2，再闭合第一变频切换开关KM1，M1负载接入变频器装置，由变频器控制并追踪M1负载的转速，直至调节至给定值，M1负载转为变频模式运行。

上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (9)

1.一种用于多负载的变频调速系统，其特征在于包括相互连接的用于执行变频调速的变频器装置以及用于控制多套负载的多负载控制装置，所述变频器装置通过第一断路器QF1接入高压电源，所述多负载控制装置包括控制器以及分别与所述控制器连接的多条切换开关支路，每条所述切换开关支路的输出端连接一套负载，输入端分为两路，其中一路通过接入断路器连接高压电源，另一路通过变频切换开关连接所述变频器装置；通过所述控制器控制各条切换开关支路中接入断路器、变频切换开关的开断；初始状态下断开第一断路器QF1、各条切换开关支路中接入断路器、变频切换开关，通过所述控制器控制闭合第一断路器QF1，并将目标负载所对应的切换开关支路中变频切换开关闭合，控制目标负载执行变频软起动，目标负载达到软起动要求后，所述控制器控制将目标负载所对应的切换开关支路中接入断路器闭合、变频切换开关断开；

所述控制目标负载执行变频软起动时，具体判断目标负载的转速是否达到额定值，如果是，调节变频器装置的输出相位和幅值，若输出相位、幅值达到起动要求，控制将目标负载所对应的切换开关支路中变频切换开关断开，完成目标负载的软起动过程。

2.根据权利要求1所述的用于多负载的变频调速系统，其特征在于：所述变频器装置的输入端设置有第一开关QS1，输出端设置有第二开关QS2。

3.根据权利要求2所述的用于多负载的变频调速系统，其特征在于：所述变频切换开关为接触器或真空断路器。

4.根据权利要求3所述的用于多负载的变频调速系统，其特征在于：所述控制器为PLC。

5.根据权利要求1～4中任意一项所述的用于多负载的变频调速系统，其特征在于：每条所述切换开关支路还包括设置在负载端的电流检测模块，所述电流检测模块与所述控制器连接。

6.利用权利要求1～5中任意一项所述的变频调速系统的方法，其特征在于，所述方法包括多负载变频起动步骤，具体步骤包括：

1）初始状态下断开第一断路器QF1、各条所述切换开关支路中接入断路器、变频切换开关；选取一套负载作为当前需要执行变频调速的目标负载，转入执行步骤2）；

2）通过所述控制器控制闭合所述第一断路器QF1，并将目标负载所对应的所述切换开关支路中变频切换开关闭合，由变频器装置控制目标负载执行变频软起动，目标负载达到软起动要求后，所述控制器控制将目标负载所对应的所述切换开关支路中接入断路器闭合、变频切换开关断开，转入执行步骤3）；

3）取下一套负载作为当前需要执行变频调速的目标负载，返回执行步骤2）。

7.根据权利要求6所述的变频调速系统的方法，其特征在于：所述步骤2）中目标负载执行变频软起动的具体步骤为：

2.1）由变频器装置控制目标负载运行，并判断目标负载的转速是否达到额定值，如果是，将目标负载所对应的所述切换开关支路中接入断路器闭合，转入执行步骤2.2），否则返回执行步骤2.1）；

2.2）调节变频器装置的输出相位和幅值，若所述输出相位、幅值达到起动要求，转入执行步骤2.3），否则返回执行步骤2.2）；

2.3）所述控制器控制将目标负载所对应的所述切换开关支路中变频切换开关断开，完成目标负载的软起动过程，转入执行步骤3）。

8.根据权利要求7所述的变频调速系统的方法，其特征在于：所述多负载变频起动步骤后还包括负载变频调节步骤，具体步骤为：若需要对指定负载进行变频调节，所述控制器控制将指定负载所对应的所述切换开关支路中接入断路器断开、变频切换开关闭合，使得指定负载转换为变频模式运行，通过所述变频器装置对指定负载进行变频调节。

9.根据权利要求8所述的变频调速系统的方法，其特征在于，所述变频器装置对指定负载进行变频调节的具体步骤为：由所述变频器装置调节指定负载的转速并进行跟踪，直至指定负载的转速达到所需大小。