CN106253734A - 一种改进的变频器低电压穿越电源装置控制系统 - Google Patents

一种改进的变频器低电压穿越电源装置控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种改进的变频器低电压穿越电源装置控制系统，包括主回路电源，主回路电源通过断路器连接至交流电压输入端，交流电压输入端通过第一继电器开关连接至控制电源单元，主回路电源通过串联的整流滤波单元、IGBT功率单元、SCR控制单元连接至三相逆变单元，直流电压输入端通过第二继电器开关分别连接至整流滤波单元和控制电源单元，控制电源单元连接至中央处理单元，检测单元分别与整流滤波单元和三相逆变单元连接，三相逆变单元通过保险丝连接至三相交流切换单元，三相交流切换单元设置有主路电源输入端和电源输出端。本发明能够改进现有技术的不足，使变频器实现低电压穿越功能，且不会对电网造成污染。

Description

一种改进的变频器低电压穿越电源装置控制系统
技术领域
本发明涉及电气自动化领域，尤其是一种改进的变频器低电压穿越电源装置控制系统。
背景技术
近年来，发电公司和设计单位在许多火电厂辅机的设计上都越来越倾向于采取变频器技术。但是，多数变频器低电压穿越能力差，甚至根本不具备这种能力。当企业供电网出现“晃电”时，由于变频器不具备低电压穿越功能，触发了变频器的低电压保护功能，引起变频器低电压闭锁输出，从而导致低压电动机暂停运行，直接影响生产连续性和经济性。所以火电厂中重要的辅机设备都在陆续引进低电压穿越装置。
但现有低电压穿越装置大部分都是输出DC500V直流电源接入变频器直流母线端。如CN102299644A、CN103545913A、CN103762865A、CN104578170A、CN203707871U、CN203466765U、CN203984225U、CN103326385A等专利中，均提供直流电源，将整流升压后的直流电源接入变频器直流母线端。但实际中火电厂中辅机设备所用到的变频器多为老款变频器，大部分变频器厂家官方回复不支持直流母线外接线，且当交流电源跌落时，装置瞬间将直流电源送入变频器直流母线侧，此时虽能保证变频器正常运行，但会对变频器造成冲击，引起变频器误报警，频繁的冲击会造成变频器寿命缩短，引发设备故障。
部分低电压穿越装置输出三相交流电源，接入变频器交流进线侧，如CN105811784A专利。但此种方案存在2种弊端：①直接将装置输出的交流电源接入到变频器的交流进线侧，而没有考虑两路交流电源叠加的问题，当主路交流电源与辅路电源相位相反时，两路电源叠加后的电压互相抵消，叠加后的交流电无法达到正常的交流电压值，变频器仍处于欠压状态。严重时甚至会引发变频器低电压闭锁；②即使设备输出的交流电源可以保证随时与电网交流电源保持同相位同频率，但在低电压穿越期间，因装置输出的交流电直接接入厂用电的交流母线，穿越的同时设备会向电网反送电，在此期间，设备相当于在为电厂中所有用到交流电源的设备提供穿越功能，设备无法满足如此大功率要求，同时穿越装置逆变后的交流电会对电网造成污染。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种改进的变频器低电压穿越电源装置控制系统，能够解决现有技术的不足，提供了一种对于绝大部分变频器都适用(尤其是老式变频器，官方明确回复不支持外接直流母线)的低电压穿越电源装置，在不对变频器产生任何冲击的前提下，使所有变频器均可以实现低电压穿越功能，且装置工作期间不会对电网造成污染。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。
一种改进的变频器低电压穿越电源装置控制系统，包括主回路电源，主回路电源通过断路器连接至交流电压输入端，交流电压输入端通过第一继电器开关连接至控制电源单元，主回路电源通过串联的整流滤波单元、IGBT功率单元、SCR控制单元连接至三相逆变单元，直流电压输入端通过第二继电器开关分别连接至整流滤波单元和控制电源单元，控制电源单元连接至中央处理单元，中央处理单元分别连接至故障自诊断单元、远方停机信号收发单元、本地操作指示单元、检测单元、SCR控制单元、三相逆变单元，检测单元分别与整流滤波单元和三相逆变单元连接，三相逆变单元通过保险丝连接至三相交流切换单元，三相交流切换单元设置有主路电源输入端和电源输出端。
采用上述技术方案所带来的有益效果在于：本发明在不对变频器产生任何冲击的前提下，使所有变频器均可以实现低电压穿越功能，且装置工作期间不会对电网造成污染。当检测到系统电压跌落至设定值后，微机中央处理单元输出PWM控制量驱动IGBT模块，装置瞬间将整流后的直流电压升压，然后进行逆变，然后控制三相电源切换单元断开变频器主路交流电源，再将逆变后的三相交流电源接入变频器交流进线侧，维持变频器正常运行。
附图说明
图1是本发明一个具体实施方式的主结构剖视图。
具体实施方式
本发明中使用到的标准零件均可以从市场上购买，异形件根据说明书的和附图的记载均可以进行订制，各个零件的具体连接方式均采用现有技术中成熟的螺栓、铆钉、焊接、粘贴等常规手段，在此不再详述。
参照图1，本发明一个具体实施方式包括主回路电源1，主回路电源1通过断路器QF连接至交流电压输入端AC，交流电压输入端AC通过第一继电器开关K1连接至控制电源单元2，主回路电源1通过串联的整流滤波单元3、IGBT功率单元4、SCR控制单元5连接至三相逆变单元6，直流电压输入端DC通过第二继电器开关K2分别连接至整流滤波单元3和控制电源单元2，控制电源单元2连接至中央处理单元7，中央处理单元7分别连接至故障自诊断单元8、远方停机信号收发单元9、本地操作指示单元10、检测单元11、SCR控制单元5、三相逆变单元6，检测单元11分别与整流滤波单元3和三相逆变单元6连接，三相逆变单元6通过保险丝Fu连接至三相交流切换单元12，三相交流切换单元12设置有主路电源输入端IN和电源输出端OUT。
其中，控制电源单元2为中央处理单元7提供工作电源。当电源跌落至20％额定电压时，此电源可以依靠装置内部整流装置正常工作。整流滤波单元3由三相整流桥、接触器、预充电电阻和两只串联的电解电容组成，其作用是将交流电整流并滤波成为稳定的直流电，供后续IGBT功率模块升压用。IGBT功率单元4由一只电抗器、IGBT和两只串联的电解电容组成BOOST升压电路，为变频器提供稳定、可靠的直流电源。当检测到电压跌落后，控制器输出PWM脉宽调制信号，利用IGBT和电感组成BOOST升压电路进行升压。SCR控制单元5由一只可控硅、一只预充电电阻和两只串联的电解电容组成，保证电源跌落时，装置可以可靠投入运行。当装置检测到电压跌落时，输出PWM信号进行升压的同时，输出驱动信号，使可控硅导通，接通主回路。三相逆变单元6逆变单元采用三相全桥逆变结构，采用PWM控制技术，控制IGBT完成逆变。将SCR控制单元的输出电压进行三相逆变，为变频器提供稳定的三相交流电源。检测到电压跌落后，将整流并升压后的直流电压逆变为频率为50HZ的三相交流电，经保护回路输出至三相交流切换单元12。中央处理单元7实时监测、收集装置监测到的所有信息并进行运算和处理。故障自诊断单元8循环自诊断，确保装置工作在安全条件下。检测单元11实时采集系统电压，确保电压跌落时，装置迅速投入运行。三相交流切换单元12由六只双向可控硅组成。设备安装时需将变频器原交流电源引入穿越装置内部，接至三相电源自动切换单元主路电源端子，将装置逆变后的三相交流电源接至三相电源自动切换单元辅路电源。当交流电压正常时，主控制器发出触发信号，使主路电源可控硅导通，此时变频器工作电源取自主路工作电源，辅路电源处于备用状态；当检测到交流电压跌落后，主控制器停止发送主路可控硅触发信号并发出辅路电源可控硅触发信号。此时当主路交流电通过零点时，主路电源可控硅将自动关断，断开变频器的主路交流电源。辅路可控硅导通，迅速投入低电压穿越装置逆变后的交流电源，待交流电源恢复正常值后，投入主回路电源，断开辅路电源；整体工作过程在1ms内完成，保证变频器内部不会断电。
中央处理单元7采用高性能16位DSP数字信号处理器，对系统电压、系统电流、模块温度进行循环检测。当检测到系统电压跌落至设定值后，微机中央处理单元输出PWM控制量驱动IGBT模块，装置瞬间将整流后的直流电压，然后进行逆变，然后控制三相电源切换单元断开变频器主路交流电源，再将逆变后的三相交流电源接入变频器交流进线侧，维持变频器正常运行。
本发明的工作电源完全自交流回路，装置工作时，无需另外提供控制电源，电压跌落至AC76V时，装置仍正常工作，且将输出电压维持在DC500V一分钟，电压输入范围可达DC100-1000V。
本发明有过压、过流软件和硬件双重保护，充分保证设备的安全可靠运行。软件保护为CPU计算采集到的电压值比较后作出判断；硬件保护为装置内部运算比较电路完成，不经过CPU运算，当设备发生过压或过流故障后，硬件保护快速动作保护设备及变频器的安全。本发明具有完善的硬软件自检功能，正常运行时，装置可以全面反应自身的工作状况和设备的实时运行数据，不需要人工干预。当系统电压发生短时跌落时，装置瞬间向变频器直流母线侧输出稳定的直流电源，使变频器可以依靠直流母线电源正常工作。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (1)

1.一种改进的变频器低电压穿越电源装置控制系统，其特征在于：包括主回路电源(1)，主回路电源(1)通过断路器(QF)连接至交流电压输入端(AC)，交流电压输入端(AC)通过第一继电器开关(K1)连接至控制电源单元(2)，主回路电源(1)通过串联的整流滤波单元(3)、IGBT功率单元(4)、SCR控制单元(5)连接至三相逆变单元(6)，直流电压输入端(DC)通过第二继电器开关(K2)分别连接至整流滤波单元(3)和控制电源单元(2)，控制电源单元(2)连接至中央处理单元(7)，中央处理单元(7)分别连接至故障自诊断单元(8)、远方停机信号收发单元(9)、本地操作指示单元(10)、检测单元(11)、SCR控制单元(5)、三相逆变单元(6)，检测单元(11)分别与整流滤波单元(3)和三相逆变单元(6)连接，三相逆变单元(6)通过保险丝(Fu)连接至三相交流切换单元(12)，三相交流切换单元(12)设置有主路电源输入端(IN)和电源输出端(OUT)。
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