CN109412498A - 一种无需外接制动电阻的变频器及其直流母线放电方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无需外接制动电阻的变频器及放电方法，所述的变频器包括与交流电网电连接的可控整流单元，可控整流单元将交流电网的交流电转换为直流电后输入变频器的直流母线，制动电阻通过开关与直流母线电连接，在直流母线上还连接有充电器、IGBT逆变单元和控制器，其中充电器与接入直流母线的超级电容模组电连接，控制器可以控制可控整流单元的启停、充电器充电电流的大小和开关的通断。本发明所公开的变频器具有更好的兼容性，既可以省略外部制动电阻，又能选用较小功率的内部制动电阻，简化了变频器和变桨系统的设计，降低了制造成本。
Description
技术领域
本发明属于风电变桨系统领域，特别涉及该领域中的一种无需外接制动电阻的变频器及其直流母线放电方法。
背景技术
风力发电变桨系统使用变频器对电机进行调速，在频率降低（降速）过程中，由于惯性的存在，电机会反发电，发出的电通过IGBT逆变单元输送到变频器的直流母线上，使直流母线的电压泵升，此时若没有相应的放电装置会导致直流母线过电压，过高的直流电压将使各部分器件受到损害甚至烧坏相关电路元件。因此，在电机处于降速状态时必须采取措施以消耗掉其发的电。目前通用的设计是在变频器上外接制动电阻，以热能方式来消耗电机此时产生的能量，以达到降低变频器直流母线电压的目的。由于空间限制，变频器内部一般只能集成功率较小的制动电阻，实际使用时，为了保证在驱动不同电机的情况下都能充分释放制动能量，通常需要在变频器外部增加额外的大功率制动电阻，这样不但结构复杂，而且增加了成本。
发明内容
本发明所要解决的技术问题就是提供一种无需外接制动电阻的变频器及其直流母线放电方法。
本发明采用如下技术方案：
一种无需外接制动电阻的变频器，其改进之处在于：所述的变频器包括与交流电网电连接的可控整流单元，可控整流单元将交流电网的交流电转换为直流电后输入变频器的直流母线，制动电阻通过开关与直流母线电连接，在直流母线上还连接有充电器、IGBT逆变单元和控制器，其中充电器与接入直流母线的超级电容模组电连接，控制器可以控制可控整流单元的启停、充电器充电电流的大小和开关的通断。
一种无需外接制动电阻的变频器直流母线放电方法，使用上述的变频器，其改进之处在于：所述的控制器可以监控直流母线的电压，在直流母线的电压小于等于设定值时控制器断开直流母线与制动电阻之间的开关，如此时超级电容模组电量正常则控制器控制充电器输出小电流使超级电容模组处于浮充状态，如此时超级电容模组电量低则控制器控制充电器输出大电流使超级电容模组处于充电状态；在直流母线的电压高于设定值时控制器接通直流母线与制动电阻之间的开关，并控制充电器输出大电流使超级电容模组处于充电状态，通过充电器对超级电容模组充电来降低直流母线电压至设定值；如在一定时间内的充电次数超过设定值，控制器控制可控整流单元停止工作一定时间，在没有直流电输入直流母线的情况下，接入直流母线的超级电容模组放电以维持变频器正常工作，在放电过程中超级电容模组的电量降低，待超级电容模组的电量降低至正常后再重新启动可控整流单元以恢复直流母线的直流电输入。
本发明的有益效果是：
本发明所公开的变频器及其放电方法，在电机处于降速状态时，如果直流母线的电压高于设定值，控制器可以控制充电器输出大电流使超级电容模组处于充电状态，以便进行短时大电流放电，消耗电机此时产生的能量，以达到降低变频器直流母线电压的目的。这样可以使变频器对制动电阻的要求降到最低，减少变频器设计受制动电阻选型的制约，使同款变频器具有更好的兼容性，既可以省略外部制动电阻，又能选用较小功率的内部制动电阻，简化了变频器和变桨系统的设计，降低了制造成本。由于制动能量不再以发热方式耗散，而是被充入超级电容模组回收利用，不仅节约了能源，还降低了系统温升，可以更有效的保护变频器关键器件，增加产品的可靠性，延长变频器和变桨系统中其他设备的使用寿命。为了防止超级电容模组长期处于过充状态，如果在一定时间内的充电次数超过设定值，控制器控制可控整流单元停止工作一定时间，以便对超级电容模组进行适当放电，延长其使用寿命。
附图说明
图1是本发明实施例1所公开变频器的原理框图；
图2是本发明实施例1所公开变频器的电路连接示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1，如图1-2所示，本实施例公开了一种无需外接制动电阻的变频器，所述的变频器包括与交流电网电连接的可控整流单元，可控整流单元将交流电网的交流电转换为直流电后输入变频器的直流母线，制动电阻通过开关与直流母线电连接，在直流母线上还连接有充电器、IGBT逆变单元和控制器，其中充电器与接入直流母线的超级电容模组电连接，控制器可以控制可控整流单元的启停、充电器充电电流的大小和开关的通断。
本实施例所公开的变频器用在风力发电机的变桨系统上，用于驱动电机工作，其工作过程为：在变桨系统正常工作时，变频器由交流电网的三相交流电供电，三相交流输入通过可控整流单元输出到直流母线。直流母线除了供IGBT逆变单元驱动电机外，还作为充电器的输入，当交流电源出现异常或中断时，由超级电容模组（后备电源）为直流母线提供能量。
电机在降速过程中会反发电，发出的电通过IGBT逆变单元输送到变频器的直流母线上，使直流母线的电压泵升，当控制器检测到直流母线的电压高于设定值时，接通直流母线与制动电阻之间的开关，通过变频器内部的制动电阻对直流母线进行放电，同时控制器控制充电器输出大电流使超级电容模组处于充电状态，以便进行短时大电流放电，消耗电机此时产生的能量，将直流母线电压降至设定值以下。
本实施例还公开了一种无需外接制动电阻的变频器直流母线放电方法，使用上述的变频器，所述的控制器可以监控直流母线的电压，在直流母线的电压小于等于设定值时控制器断开直流母线与制动电阻之间的开关，如此时超级电容模组电量正常则控制器控制充电器输出小电流使超级电容模组处于浮充状态，如此时超级电容模组电量低则控制器控制充电器输出大电流使超级电容模组处于充电状态；在直流母线的电压高于设定值时控制器接通直流母线与制动电阻之间的开关，并控制充电器输出大电流使超级电容模组处于充电状态，通过充电器对超级电容模组充电来降低直流母线电压至设定值；为防止超级电容模组长期处于过充状态，如在一定时间内的充电次数超过设定值，控制器控制可控整流单元停止工作一定时间，在没有直流电输入直流母线的情况下，接入直流母线的超级电容模组放电以维持变频器正常工作，在放电过程中超级电容模组的电量降低，待超级电容模组的电量降低至正常后再重新启动可控整流单元以恢复直流母线的直流电输入。
Claims (2)
1.一种无需外接制动电阻的变频器，其特征在于：所述的变频器包括与交流电网电连接的可控整流单元，可控整流单元将交流电网的交流电转换为直流电后输入变频器的直流母线，制动电阻通过开关与直流母线电连接，在直流母线上还连接有充电器、IGBT逆变单元和控制器，其中充电器与接入直流母线的超级电容模组电连接，控制器可以控制可控整流单元的启停、充电器充电电流的大小和开关的通断。
2.一种无需外接制动电阻的变频器直流母线放电方法，使用权利要求1所述的变频器，其特征在于：所述的控制器可以监控直流母线的电压，在直流母线的电压小于等于设定值时控制器断开直流母线与制动电阻之间的开关，如此时超级电容模组电量正常则控制器控制充电器输出小电流使超级电容模组处于浮充状态，如此时超级电容模组电量低则控制器控制充电器输出大电流使超级电容模组处于充电状态；在直流母线的电压高于设定值时控制器接通直流母线与制动电阻之间的开关，并控制充电器输出大电流使超级电容模组处于充电状态，通过充电器对超级电容模组充电来降低直流母线电压至设定值；如在一定时间内的充电次数超过设定值，控制器控制可控整流单元停止工作一定时间，在没有直流电输入直流母线的情况下，接入直流母线的超级电容模组放电以维持变频器正常工作，在放电过程中超级电容模组的电量降低，待超级电容模组的电量降低至正常后再重新启动可控整流单元以恢复直流母线的直流电输入。
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