CN113708647A - 大中型设备变频-工频组合驱动系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及变频技术领域，且公开了大中型设备变频‑工频组合驱动系统，包括工频电源、整流单元、电流传感器、高容量电容、电压检测、温度检测、逆变器、控制器、存储装置、计算机，工频电源的输出端与整流单元的输入端连接，所述整流单元的输出端与电流传感器的输入端连接，所述电流传感器的输出端与高容量电容的输入端连接，所述高容量电容的输出端与电压检测的输入端连接，所述电压检测的输出端与温度检测的输入端连接，本发明中，钽氧化膜的化学性能稳定，又因钽阳极基体Ta205能耐强酸、强碱，所以它能使用固体或含酸的电阻率很低的液体电解质，这就使得钽电解的损耗要比铝电解电容小，而且温度稳定性良好。
Description
技术领域
本发明涉及变频技术领域，尤其涉及大中型设备变频-工频组合驱动系统。
背景技术
变频就是改变供电频率，从而调节负载，起到降低功耗，减小损耗，延长设备使用寿命等作用，变频技术的核心是变频器，通过对供电频率的转换来实现电动机运转速度率的自动调节，把50Hz的固定电网频改为30—130Hz的变化频率。同时，还使电源电压适应范围达到142—270V，解决了由于电网电压的不稳定而影响电器工作的难题。通过改变交流电频的方式实现交流电控制的技术就叫变频技术。
目前市场上已有大中型设备的变频设备，在中、低负荷区间工作时有明显的节能效果，变频电源的额定输出功率通常与大中型设备功率相匹配或者更大，而变频设备内部通常采用铝电解电容器，而铝电解电容器体积大，有电解液，容易挥发，寿命短，阻抗比较大，发热，加速挥发，容量就急剧下降。
为此，我们提出大中型设备变频-工频组合驱动系统。
发明内容
本发明主要是解决上述现有技术所存在的技术问题，提供大中型设备变频-工频组合驱动系统。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案，大中型设备变频-工频组合驱动系统，包括工频电源、整流单元、电流传感器、高容量电容、电压检测、温度检测、逆变器、控制器、存储装置、计算机，工频电源的输出端与整流单元的输入端连接，所述整流单元的输出端与电流传感器的输入端连接，所述电流传感器的输出端与高容量电容的输入端连接，所述高容量电容的输出端与电压检测的输入端连接，所述电压检测的输出端与温度检测的输入端连接，所述温度检测的输出端与逆变器的输入端连接，所述逆变器的输出端与控制器的输入端连接，所述控制器的输出端与存储装置的输入端连接，所述存储装置的输出端与计算机的输入端连接，所述计算机与工频电源相互配合使用。
作为优选，所述工频电源，工业变频电源通常是指适用于工业能源环境的变频电源产品，也可等同于工频变频电源。
作为优选，所述整流单元，整流单元是把交流电能转换为直流电能的电路；大多数整流电路由变压器、整流主电路和滤波器等组成；整流电路通常由主电路、滤波器和变压器组成；滤波器接在主电路与负载之间，用于滤除脉动直流电压中的交流成分。
作为优选，所述电流传感器，采用磁平衡式霍尔电流传感器，磁平衡式霍尔电流传感器是依据磁场平衡原理工作的；原边电流在聚磁环处所产生的磁场，使得霍尔元件上产生电压偏差；电压信号传递给放大器后，经过放大的电流信号输送给次级线圈，在次级线圈上感应出的电流所产生的磁场，方向与原边磁场相反；经过反复调整放大器输出电压，原边产生的磁场与次级线圈产生的磁场在气隙处互相抵消，从而使得半导体薄片处于零磁通的环境中；达到这种平衡状态以后，检测放大器输出电流，推算得到原边回路电流值。
作为优选，所述高容量电容，采用钽电解电容器，用烧结的钽块作正极，电解质使用固体二氧化锰。
作为优选，所述电压检测，采用测辐射热器法，一般是利用测辐射热电阻(简称测热电阻)进行测量；测辐射热装置的工作原理是利用测热电阻对电功率的敏感性，将被测高频电压转换成相应的阻值变化，再根据功率替代原理，利用测热技术以已知的直流或低频电压代替高频电压。
作为优选，所述温度检测，采用热电阻检测方法，铠装热电阻将温度检测元件、绝缘材料、导线三者封焊在一根金属管内。
作为优选，所述逆变器，采用工频逆变器，工频逆变器首先把直流电逆变成工频低压交流电，再通过工频变压器升压成220V，50Hz的交流电供负载使用。
作为优选，所述控制器，通过控制器，使低压通用变频输出电压为380～650V，输出功率为0.75～400kW，工作频率为0～400Hz，它的主电路都采用交—直—交电路，采用矩阵式交—交控制方式。
作为优选，所述存储装置，采用基于闪存的固态硬盘，采用FLASH芯片作为存储介质；所述计算机，采用微型计算机。
有益效果
本发明提供了大中型设备变频-工频组合驱动系统。具备以下有益效果：
(1)、该大中型设备变频-工频组合驱动系统，钽电解电容器相对瓷片电容而言体积小，容量大。使用温度范围宽，一般的钽电解电容都可以在-50℃-100℃的温度下正常工作。寿命长、绝缘电阻高、漏电流小，钽电解电容器中钽氧化膜介质不仅耐腐蚀，而且长时间工作能保持良好的性能。可靠性高，钽氧化膜的化学性能稳定，又因钽阳极基体Ta205能耐强酸、强碱，所以它能使用固体或含酸的电阻率很低的液体电解质，这就使得钽电解的损耗要比铝电解电容小，而且温度稳定性良好。
(2)、该大中型设备变频-工频组合驱动系统，采用铠装热电阻测量具有精度高；再现性好；与热电偶测量相比它不需要冷端温度补偿及补偿导线。具有良好的力学性能，不怕震动，同时，它具有响应快，时间常数小的优点，铠装热电阻可制成缆状形式，具有可挠性，任意弯曲，适应各种复杂结构场合中的温度测量。它的信号可以直接接进控制系统的卡件，也可以经过温度变送器转换成模拟信号(4-20mA)或总线信号进入控制系统。
(3)、该大中型设备变频-工频组合驱动系统，由于矩阵式交—交变频省去了中间直流环节，从而省去了体积大、价格贵的电解电容。它能实现功率因数为l，输入电流为正弦且能四象限运行，系统的功率密度大；磁平衡式霍尔电流传感器的优点是精度高、响应时间快、温漂小、线性度好及抗干扰能力强。
(4)、该大中型设备变频-工频组合驱动系统，整流电路的作用是将交流降压电路输出的电压较低的交流电转换成单向脉动性直流电，这就是交流电的整流过程，整流电路主要由整流二极管组成。经过整流电路之后的电压已经不是交流电压，而是一种含有直流电压和交流电压的混合电压。
(5)、该大中型设备变频-工频组合驱动系统，采用工频逆变器，它的优点是结构简单，各种保护功能均可在较低电压下实现，因其逆变电源与负载之间存有工频变压器，故逆变器运行稳定、可靠、过负荷能力和抗冲击能力强，且能够抑制波形中的高次谐波成分，测热电阻主要有热敏电阻、镇流电阻和薄膜热变电阻。热敏电阻的灵敏度最高(可达数万欧/瓦)，镇流电阻的灵敏度较高(约数千欧/瓦)。频率响应好。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见的，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其他的实施附图。
本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
图1为本发明系统结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例：大中型设备变频-工频组合驱动系统，如图1所示，包括工频电源、整流单元、电流传感器、高容量电容、电压检测、温度检测、逆变器、控制器、存储装置、计算机；所述工频电源的输出端与整流单元的输入端连接，所述整流单元的输出端与电流传感器的输入端连接，所述电流传感器的输出端与高容量电容的输入端连接，所述高容量电容的输出端与电压检测的输入端连接，所述电压检测的输出端与温度检测的输入端连接，所述温度检测的输出端与逆变器的输入端连接，所述逆变器的输出端与控制器的输入端连接，所述控制器的输出端与存储装置的输入端连接，所述存储装置的输出端与计算机的输入端连接，所述计算机与工频电源相互配合使用。
所述工频电源，工业变频电源通常是指适用于工业能源环境的变频电源产品，也可等同于工频变频电源。为大型制造和加工行业的公司提供电源。电源频率通常是指工业上使用的交流电源的频率。
所述整流单元，整流单元是把交流电能转换为直流电能的电路。大多数整流电路由变压器、整流主电路和滤波器等组成。它在直流电动机的调速、发电机的励磁调节、电解、电镀等领域得到广泛应用。整流电路通常由主电路、滤波器和变压器组成。滤波器接在主电路与负载之间，用于滤除脉动直流电压中的交流成分。
整流电路的作用是将交流降压电路输出的电压较低的交流电转换成单向脉动性直流电，这就是交流电的整流过程，整流电路主要由整流二极管组成。经过整流电路之后的电压已经不是交流电压，而是一种含有直流电压和交流电压的混合电压。
所述电流传感器，采用磁平衡式霍尔电流传感器，磁平衡式霍尔电流传感器是依据磁场平衡原理工作的。原边电流在聚磁环处所产生的磁场，使得霍尔元件上产生电压偏差；电压信号传递给放大器后，经过放大的电流信号输送给次级线圈，在次级线圈上感应出的电流所产生的磁场，方向与原边磁场相反。经过反复调整放大器输出电压，原边产生的磁场与次级线圈产生的磁场在气隙处互相抵消，从而使得半导体薄片处于零磁通的环境中。达到这种平衡状态以后，检测放大器输出电流，推算得到原边回路电流值。
磁平衡式霍尔电流传感器的优点是精度高、响应时间快、温漂小、线性度好及抗干扰能力强。
所述高容量电容，采用钽电解电容器，用烧结的钽块作正极，电解质使用固体二氧化锰。
钽电解电容器相对瓷片电容而言体积小，容量大。使用温度范围宽，一般的钽电解电容都可以在-50℃-100℃的温度下正常工作。寿命长、绝缘电阻高、漏电流小，钽电解电容器中钽氧化膜介质不仅耐腐蚀，而且长时间工作能保持良好的性能。可靠性高，钽氧化膜的化学性能稳定，又因钽阳极基体Ta205能耐强酸、强碱，所以它能使用固体或含酸的电阻率很低的液体电解质，这就使得钽电解的损耗要比铝电解电容小，而且温度稳定性良好。
所述电压检测，采用测辐射热器法，一般是利用测辐射热电阻(简称测热电阻)进行测量。测辐射热装置的工作原理是利用测热电阻对电功率的敏感性，将被测高频电压转换成相应的阻值变化，再根据功率替代原理，利用测热技术以已知的直流或低频电压代替高频电压。通过测量功率和阻抗换算出电压，随着功率和阻抗测量精确度的不断提高，可以达到很高的精确度。
测热电阻主要有热敏电阻、镇流电阻和薄膜热变电阻。热敏电阻的灵敏度最高(可达数万欧/瓦)，镇流电阻的灵敏度较高(约数千欧/瓦)。频率响应好。
所述温度检测，采用热电阻检测方法，铠装热电阻将温度检测元件、绝缘材料、导线三者封焊在一根金属管内，它的外径可以做得很小。
优点是测量精度高；再现性好；与热电偶测量相比它不需要冷端温度补偿及补偿导线。具有良好的力学性能，不怕震动，同时，它具有响应快，时间常数小的优点，铠装热电阻可制成缆状形式，具有可挠性，任意弯曲，适应各种复杂结构场合中的温度测量。它的信号可以直接接进控制系统的卡件，也可以经过温度变送器转换成模拟信号(4-20mA)或总线信号进入控制系统。
所述逆变器，采用工频逆变器，工频逆变器首先把直流电逆变成工频低压交流电，再通过工频变压器升压成220V，50Hz的交流电供负载使用。
它的优点是结构简单，各种保护功能均可在较低电压下实现。因其逆变电源与负载之间存有工频变压器，故逆变器运行稳定、可靠、过负荷能力和抗冲击能力强，且能够抑制波形中的高次谐波成分。
所述控制器，通过控制器，使低压通用变频输出电压为380～650V，输出功率为0.75～400kW，工作频率为0～400Hz，它的主电路都采用交—直—交电路，采用矩阵式交—交控制方式
由于矩阵式交—交变频省去了中间直流环节，从而省去了体积大、价格贵的电解电容。它能实现功率因数为l，输入电流为正弦且能四象限运行，系统的功率密度大。
所述存储装置，采用基于闪存的固态硬盘：采用FLASH芯片作为存储介质。
这种SSD固态硬盘最大的优点就是可以移动，而且数据保护不受电源控制，能适应于各种环境，寿命较长，采用闪存作为存储介质，读取速度相对机械硬盘更快。固态硬盘不用磁头，寻道时间几乎为0。持续写入的速度非常惊人，固态硬盘厂商大多会宣称自家的固态硬盘持续读写速度超过了500MB/s，固态硬盘的快绝不仅仅体现于持续读写上，随机读写速度快才是固态硬盘的终极奥义，这最直接体现于绝大部分的日常操作中。与之相关的还有极低的存取时间，最常见的7200转机械硬盘的寻道时间一般为12-14毫秒，而固态硬盘可以轻易达到0.1毫秒甚至更低。
所述计算机，采用微型计算机，通过微型计算机将存储装置中的数据显示出来，方便工作人员的观察该系统的工作情况。
本发明的工作原理：
采用铠装热电阻测量具有精度高；再现性好；与热电偶测量相比它不需要冷端温度补偿及补偿导线。具有良好的力学性能，不怕震动，同时，它具有响应快，时间常数小的优点，铠装热电阻可制成缆状形式，具有可挠性，任意弯曲，适应各种复杂结构场合中的温度测量。它的信号可以直接接进控制系统的卡件，也可以经过温度变送器转换成模拟信号(4-20mA)或总线信号进入控制系统。
钽电解电容器相对瓷片电容而言体积小，容量大。使用温度范围宽，一般的钽电解电容都可以在-50℃-100℃的温度下正常工作。寿命长、绝缘电阻高、漏电流小，钽电解电容器中钽氧化膜介质不仅耐腐蚀，而且长时间工作能保持良好的性能。可靠性高，钽氧化膜的化学性能稳定，又因钽阳极基体Ta205能耐强酸、强碱，所以它能使用固体或含酸的电阻率很低的液体电解质，这就使得钽电解的损耗要比铝电解电容小，而且温度稳定性良好。
由于矩阵式交—交变频省去了中间直流环节，从而省去了体积大、价格贵的电解电容。它能实现功率因数为l，输入电流为正弦且能四象限运行，系统的功率密度大；磁平衡式霍尔电流传感器的优点是精度高、响应时间快、温漂小、线性度好及抗干扰能力强。
整流电路的作用是将交流降压电路输出的电压较低的交流电转换成单向脉动性直流电，这就是交流电的整流过程，整流电路主要由整流二极管组成。经过整流电路之后的电压已经不是交流电压，而是一种含有直流电压和交流电压的混合电压。
采用工频逆变器，它的优点是结构简单，各种保护功能均可在较低电压下实现，因其逆变电源与负载之间存有工频变压器，故逆变器运行稳定、可靠、过负荷能力和抗冲击能力强，且能够抑制波形中的高次谐波成分，测热电阻主要有热敏电阻、镇流电阻和薄膜热变电阻。热敏电阻的灵敏度最高(可达数万欧/瓦)，镇流电阻的灵敏度较高(约数千欧/瓦)。频率响应好。
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 (10)
1.大中型设备变频-工频组合驱动系统，包括工频电源、整流单元、电流传感器、高容量电容、电压检测、温度检测、逆变器、控制器、存储装置、计算机，其特征在于：所述工频电源的输出端与整流单元的输入端连接，所述整流单元的输出端与电流传感器的输入端连接，所述电流传感器的输出端与高容量电容的输入端连接，所述高容量电容的输出端与电压检测的输入端连接，所述电压检测的输出端与温度检测的输入端连接，所述温度检测的输出端与逆变器的输入端连接，所述逆变器的输出端与控制器的输入端连接，所述控制器的输出端与存储装置的输入端连接，所述存储装置的输出端与计算机的输入端连接，所述计算机与工频电源相互配合使用。
2.根据权利要求1所述的大中型设备变频-工频组合驱动系统，其特征在于：所述工频电源，工业变频电源通常是指适用于工业能源环境的变频电源产品，也可等同于工频变频电源。
3.根据权利要求1所述的大中型设备变频-工频组合驱动系统，其特征在于：所述整流单元，整流单元是把交流电能转换为直流电能的电路；大多数整流电路由变压器、整流主电路和滤波器等组成；整流电路通常由主电路、滤波器和变压器组成；滤波器接在主电路与负载之间，用于滤除脉动直流电压中的交流成分。
4.根据权利要求1所述的大中型设备变频-工频组合驱动系统，其特征在于：所述电流传感器，采用磁平衡式霍尔电流传感器，磁平衡式霍尔电流传感器是依据磁场平衡原理工作的；原边电流在聚磁环处所产生的磁场，使得霍尔元件上产生电压偏差；电压信号传递给放大器后，经过放大的电流信号输送给次级线圈，在次级线圈上感应出的电流所产生的磁场，方向与原边磁场相反；经过反复调整放大器输出电压，原边产生的磁场与次级线圈产生的磁场在气隙处互相抵消，从而使得半导体薄片处于零磁通的环境中；达到这种平衡状态以后，检测放大器输出电流，推算得到原边回路电流值。
5.根据权利要求1所述的大中型设备变频-工频组合驱动系统，其特征在于：所述高容量电容，采用钽电解电容器，用烧结的钽块作正极，电解质使用固体二氧化锰。
6.根据权利要求1所述的大中型设备变频-工频组合驱动系统，其特征在于：所述电压检测，采用测辐射热器法，一般是利用测辐射热电阻(简称测热电阻)进行测量；测辐射热装置的工作原理是利用测热电阻对电功率的敏感性，将被测高频电压转换成相应的阻值变化，再根据功率替代原理，利用测热技术以已知的直流或低频电压代替高频电压。
7.根据权利要求1所述的大中型设备变频-工频组合驱动系统，其特征在于：所述温度检测，采用热电阻检测方法，铠装热电阻将温度检测元件、绝缘材料、导线三者封焊在一根金属管内。
8.根据权利要求1所述的大中型设备变频-工频组合驱动系统，其特征在于：所述逆变器，采用工频逆变器，工频逆变器首先把直流电逆变成工频低压交流电，再通过工频变压器升压成220V，50Hz的交流电供负载使用。
9.根据权利要求1所述的大中型设备变频-工频组合驱动系统，其特征在于：所述控制器，通过控制器，使低压通用变频输出电压为380～650V，输出功率为0.75～400kW，工作频率为0～400Hz，它的主电路都采用交—直—交电路，采用矩阵式交—交控制方式。
10.根据权利要求1所述的大中型设备变频-工频组合驱动系统，其特征在于：所述存储装置，采用基于闪存的固态硬盘，采用FLASH芯片作为存储介质；所述计算机，采用微型计算机。
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