CN116667518B - 一种直流电压暂降治理电路及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电气技术领域，具体公开了一种直流电压暂降治理电路及其控制方法，电路包括：依次串联连接的断路器、电容充电电路、电容放电电路和熔断器；所述断路器和熔断器分别连接变频器的直流母线，所述电容充电电路和电容放电电路之间，连接超级电容；正常情况下，市电先经过交流配电系统，再经过变频器后驱动负载运行，同时通过电容充电电路为超级电容充电；当输入到变频器的交流市电发生晃电或停电时，超级电容通过电容放电电路进行放电，能量从超级电容输入到变频器直流母线，以补偿变频器直流母线的电压落差。本发明能够保证在整个市电发生晃电或停电过程中，变频器不跳停，进而保证负载安全可靠工作。
Description
技术领域
本发明涉及电气技术领域，尤其涉及一种直流电压暂降治理电路及其控制方法。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
随着用电设备的技术更新，特别是数字式自动控制技术在工业生产中的大规模应用，如变频器、PLC、自动化生产线以及计算机系统等用电设备的大量使用，对供电系统的电压质量提出了更高的要求。短时间的电压降低就可能导致用电设备停运，使企业遭受巨大的经济损失。电压暂降及短时中断已成为目前面临的较为重要的电能质量问题。
造成电压骤降的原因很多，如电力系统遭受无法预期的雷击。动物、外物的误碰，狂风及其他自然环境因素引起的线路故障，以及电源故障切换所产生的现象等。这些故障所引起的瞬问断电或电压骤降是目前电力系统仍无法完全避免的，电压骤降发生的几率远高于完全断电情况。
电压暂降有很多危害，比如：
（1）由于暂降造成电压降低，运行的电机在保证相同出力的条件下，电流随之增大，容易引起电机绕组过热，空气开关、接触器触头发热等，从而引发设备故障。
（2）在应用变频器的场合，由于一般的变频器都具有过压、失压和瞬间停电的保护功能，当晃电发生时，变频器会由于低电压保护动作而停机。
（3）暂降发生时，由于电压的降低，接触器线圈对铁芯的吸力会小于释放弹簧的弹力，进而导致接触器释放，造成大量电动机的停机，严重威胁装置安全生产。
（4）由于现代企业生产装置的规模越来越大，暂降持续时间虽然比较短，但对生产的影响却十分巨大。瞬间的电压波动将造成大量电动机跳闸，设备停机。电网电压恢复后电机不能自行恢复运行，导致连续生产过程紊乱，并有可能造成生产及设备事故。对于大型装置来说，如果人工进行恢复，花费的时间比较长，而对于一些无人值守的装置，恢复的时间就更长。这对于连续生产、输送装置来说，产生的诸如安全、产量降低、效益低下等一系列损失是非常巨大的。
现有技术往往侧重于考虑从供电侧提高供电可靠性来解决电压骤降问题，而往往忽略了减小或消除电压暂降带来的不利影响。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了一种直流电压暂降治理电路及其控制方法，能够保证在整个市电发生晃电或停电过程中，变频器不跳停，进而保证负载安全可靠工作。
在一些实施方式中，采用如下技术方案：
一种直流电压暂降治理电路，包括：依次串联连接的断路器、电容充电电路、电容放电电路和熔断器；所述断路器和熔断器分别连接变频器的直流母线，所述电容充电电路和电容放电电路之间，连接超级电容；
正常情况下，市电先经过交流配电系统，再经过变频器后驱动负载运行，同时通过电容充电电路为超级电容充电；
当输入到变频器的交流市电发生晃电或停电时，超级电容通过电容放电电路进行放电，能量从超级电容输入到变频器直流母线，以补偿变频器直流母线的电压落差。
其中，所述电容放电电路包括：依次串联连接的晶闸管SCR1、电阻R1、二极管D15、电感L1和断路器QF13；断路器QF13连接至变频器直流母线；
晶闸管SCR1的正极连接超级电容，晶闸管SCR1的负极连接二极管D15；继电器KM1并联在晶闸管SCR1和电阻R1串联支路的两端。
电阻R2与电容C1串联连接，电阻R2与电容C1的串联支路，与晶闸管SCR1和电阻R1的串联支路并联连接。
二极管D16的阴极连接在电阻R1和二极管D15之间，二极管D16的阳极接地。
所述电感L1和断路器QF13之间，连接电流检测器H1。
当变频器直流母线电压U2小于设定阈值时，晶闸管SCR1的负极电压降低，给晶闸管SCR1施加正向的门极电压，使得晶闸管SCR1导通，延时设定时间后，控制继电器KM1闭合，继电器KM1闭合时，晶闸管SCR1关断，超级电容通过继电器KM1、二极管D15、电感L1和断路器QF3所在的支路向变频器直流母线端放电。
在另一些实施方式中，采用如下技术方案：
一种如上述的直流电压暂降治理电路的控制方法，包括：
实时检测变频器直流母线电压U2和超级电容直流母线电压U1；
当变频器直流母线电压U2大于设定阈值时，市电先经过交流配电系统，再经过变频器后驱动负载运行，同时通过电容充电电路为超级电容充电；
当变频器直流母线电压U2小于设定阈值时，超级电容通过电容放电电路进行放电，能量从超级电容输入到变频器直流母线，以补偿变频器直流母线的电压落差。
超级电容通过电容放电电路进行放电，具体控制过程为：
当变频器直流母线电压U2小于设定阈值时，晶闸管SCR1的负极电压降低，给晶闸管SCR1施加正向的门极电压，晶闸管SCR1导通，延时设定时间后，控制继电器KM1闭合，继电器KM1接通时，晶闸管SCR1关断，超级电容通过继电器KM1、二极管D15、电感L1和断路器QF3所在的支路向变频器直流母线端放电；
直到变频器直流母线电压U2高于所述阈值，断开继电器KM1，超级电容结束放电。
当变频器直流母线电压U2高于设定阈值，且超级电容直流母线电压U1低于电容额定电压时，控制电容充电电路对超级电容进行充电。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
（1）本发明在输入到变频器的交流市电发生晃电或停电时，变频器的直流供电由抗晃电系统零切换至超级电容储能系统提供，超级电容通过电容放电电路进行放电，能量从超级电容输入到变频器直流母线，来弥补由电压暂降带来的变频器直流母线的电压落差；能够保证在整个市电发生晃电或停电过程中，变频器不跳停，进而保证负载安全可靠工作。
（2）本发明电容放电电路中，晶闸管导通后，经过设定的延时时间才控制继电器闭合；避免电压波动导致晶闸管误开通时，继电器出现频繁的闭合和断开的情况，保护继电器不受损坏。
本发明的其他特征和附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本方面的实践了解到。
附图说明
图1为本发明实施例中的直流电压暂降治理电路示意图；
图2为本发明实施例中的电容放电电路结构示意图；
图3为本发明实施例中直流电压暂降治理电路的控制方法示意图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
实施例一
在一个或多个实施方式中，公开了一种直流电压暂降治理电路，结合图1，具体包括：依次串联连接的断路器、电容充电电路、电容放电电路和熔断器；断路器和熔断器分别连接变频器的直流母线，电容充电电路和电容放电电路之间，连接超级电容。
当电路中电流过大时，熔断器会自动断开，起到保护电路的作用；断路器是人为关合的机械开关装置，合闸即可导通电路，也会自动断开电路，当电动机和电源线路出现严重过载或者是短路或者是欠压等故障的时候，就会将电路自动切断掉。
正常情况下，市电先经过交流配电系统，再经过变频器后驱动负载正常运行。直流电压暂降治理电路与变频器的直流母线并联，在交流电网获取电能给超级电容进行充电，能量从交流电网输入到超级电容，超级电容将电能存储，作为变频器的直流在线备用电源。
当输入到变频器的交流市电发生晃电或停电时，超级电容通过电容放电电路进行放电，能量从超级电容输入到变频器直流母线，以补偿变频器直流母线的电压落差。
待交流电源恢复正常后，变频器的供电主动切换到交流市电供电，抗晃电系统进入充电在线备份状态。从而保证在整个市电发生晃电或停电过程中，变频器不跳停，进而保证负载安全可靠工作。
结合图2，电容放电电路具体包括：依次串联连接的晶闸管SCR1、电阻R1、二极管D15、电感L1和断路器QF13；晶闸管SCR1的正极通过熔断器Fuse16连接至超级电容BT1；晶闸管SCR1的负极连接至二极管D15。继电器KM1并联在晶闸管SCR1和电阻R1串联支路的两端。电阻R2与电容C1串联连接，电阻R2与电容C1的串联支路，与晶闸管SCR1和电阻R1的串联支路并联连接。二极管D16的阴极连接在电阻R1和二极管D15之间，二极管D16的阳极接地。电感L1和断路器QF13之间，连接电流检测器H1。电流检测器H1用于检测接入电路的放电电流，通过IO口随时获取放电电流；断路器QF13是常闭的，当电路检修或者更换器件时断开。
二极管D16起到钳位作用，避免阴极电压低于0V，二极管D15作为防反二极管起到避免电流反向流动的作用，电阻R2、电容C1和电感L1起到缓冲作用。
结合图2，超级电容BT1通过熔断器Fuse16与晶闸管SCR1的阳极连接，Charge11是一个连接器，用来连接电容充电电路和电容放电电路；J2的另一端接变频器直流母线。
本实施例直流电压暂降治理电路的具体工作过程如下：
首先进行电容预充电：当变频器直流母线电压正常时，首先控制电容充电电路以30A恒流给超级电容充电，当超级电容直流母线电压达到变频器直流母线电压减10V时，结束电容充电过程。
使用电压互感器对变频器直流母线电压U2、超级电容直流母线电压U1进行实时采集。
当变频器直流母线电压U2低于设定阈值时，晶闸管SCR1的负极电压降低，给晶闸管SCR1施加正向的门极电压，由于晶闸管一直承受正向的阳极电压，因此晶闸管SCR1会立即导通，延时（1ms-100ms）后，控制器发出命令闭合继电器KM1，继电器KM1的导通压降低于晶闸管SCR1开通电压的接触器，当继电器KM1接通时，晶闸管SCR1关断，超级电容通过继电器KM1、二极管D15、电感L1、断路器QF3所在的支路向变频器直流母线端放电，能量从超级电容流向负载侧，以一定规律补偿直流电压，维持变频器直流母线电压在额定工作范围。直到变频器直流母线电压U2高于设定阈值，断开继电器KM1，超级电容结束放电。
当U2高于设定阈值+∆V且U1低于电容额定电压时，控制电容充电电路进行超级电容充电，实时采集超级电容直流母线电压U1和变频器直流母线电压U2，直到不满足上述条件为止，结束电容充电过程。∆V一般选取10V左右。
实施例二
在一个或多个实施方式中，公开了一种直流电压暂降治理电路的控制方法，结合图3，具体包括如下过程：
实时检测变频器直流母线电压U2和超级电容直流母线电压U1；
当变频器直流母线电压U2大于设定阈值时，市电先经过交流配电系统，再经过变频器后驱动负载运行，同时通过电容充电电路为超级电容充电；
当变频器直流母线电压U2小于设定阈值时，超级电容通过电容放电电路进行放电，能量从超级电容输入到变频器直流母线，以补偿变频器直流母线的电压落差。
其中，超级电容通过电容放电电路进行放电，具体控制过程为：
当变频器直流母线电压U2小于设定阈值时，晶闸管SCR1的负极电压降低，给晶闸管SCR1施加正向的门极电压，由于晶闸管一直承受正向的阳极电压，因此晶闸管SCR1会立即导通，延时（1ms-100ms）后，控制器发出命令闭合继电器KM1，继电器KM1的导通压降低于晶闸管SCR1开通电压的接触器，当继电器KM1接通时，晶闸管SCR1关断，超级电容通过继电器KM1、二极管D15、电感L1、断路器QF3所在的支路向变频器直流母线端放电，能量从超级电容流向负载侧，以一定规律补偿直流电压，维持变频器直流母线电压在额定工作范围。直到变频器直流母线电压U2高于设定阈值，断开继电器KM1，超级电容结束放电。
当变频器直流母线电压U2高于设定阈值，且超级电容直流母线电压U1低于电容额定电压时，控制电容充电电路对超级电容进行充电。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (8)
1.一种直流电压暂降治理电路，其特征在于，包括：依次串联连接的断路器、电容充电电路、电容放电电路和熔断器；所述断路器和熔断器分别连接变频器的直流母线，所述电容充电电路和电容放电电路之间，连接超级电容；
所述电容放电电路包括：依次串联连接的晶闸管SCR1、电阻R1、二极管D15、电感L1和断路器QF13；断路器QF13连接至变频器直流母线；
晶闸管SCR1的正极连接超级电容，晶闸管SCR1的负极通过电阻R1连接二极管D15；继电器KM1并联在晶闸管SCR1和电阻R1串联支路的两端；
正常情况下，市电先经过交流配电系统，再经过变频器后驱动负载运行，同时通过电容充电电路为超级电容充电；
当输入到变频器的交流市电发生晃电或停电时，超级电容通过电容放电电路进行放电，能量从超级电容输入到变频器直流母线，以补偿变频器直流母线的电压落差。
2.如权利要求1所述的一种直流电压暂降治理电路，其特征在于，电阻R2与电容C1串联连接，电阻R2与电容C1的串联支路，与晶闸管SCR1和电阻R1的串联支路并联连接。
3.如权利要求1所述的一种直流电压暂降治理电路，其特征在于，二极管D16的阴极连接在电阻R1和二极管D15之间，二极管D16的阳极接地。
4.如权利要求1所述的一种直流电压暂降治理电路，其特征在于，所述电感L1和断路器QF13之间，连接电流检测器H1。
5.如权利要求1所述的一种直流电压暂降治理电路，其特征在于，
当变频器直流母线电压U2小于设定阈值时，晶闸管SCR1的负极电压降低，给晶闸管SCR1施加正向的门极电压，使得晶闸管SCR1导通，延时设定时间后，控制继电器KM1闭合，继电器KM1闭合时，晶闸管SCR1关断，超级电容通过继电器KM1、二极管D15、电感L1和断路器QF13所在的支路向变频器直流母线端放电。
6.一种如权利要求1-5任一项所述的直流电压暂降治理电路的控制方法，其特征在于，包括：
实时检测变频器直流母线电压U2和超级电容直流母线电压U1；
当变频器直流母线电压U2大于设定阈值时，市电先经过交流配电系统，再经过变频器后驱动负载运行，同时通过电容充电电路为超级电容充电；
当变频器直流母线电压U2小于设定阈值时，超级电容通过电容放电电路进行放电，能量从超级电容输入到变频器直流母线，以补偿变频器直流母线的电压落差。
7.如权利要求6所述的一种直流电压暂降治理电路的控制方法，其特征在于，超级电容通过电容放电电路进行放电，具体控制过程为：
当变频器直流母线电压U2小于设定阈值时，晶闸管SCR1的负极电压降低，给晶闸管SCR1施加正向的门极电压，晶闸管SCR1导通，延时设定时间后，控制继电器KM1闭合，继电器KM1接通时，晶闸管SCR1关断，超级电容通过继电器KM1、二极管D15、电感L1和断路器QF13所在的支路向变频器直流母线端放电；
直到变频器直流母线电压U2高于所述阈值，断开继电器KM1，超级电容结束放电。
8.如权利要求6所述的一种直流电压暂降治理电路的控制方法，其特征在于，当变频器直流母线电压U2高于设定阈值，且超级电容直流母线电压U1低于电容额定电压时，控制电容充电电路对超级电容进行充电。
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