CN201467063U - 一种高压变频器并联系统 - Google Patents

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柳毛继
盛刚
王永红
竺伟
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Abstract

本实用新型涉及一种高压变频器并联系统。它包括并联在电网上的高压变频器，由主控板和人机界面构成的控制器通过光纤或电缆与所述高压变频器相连，所述主控板与所述高压变频器相连，所述高压变频器为至少两台以上规格参数一致的高压变频器，所述高压变频器的三相输出端与环流抑制电抗器相连。本实用新型解决现有高压变频器并联会造成很大的环流，严重降低系统效率，甚至损坏变频器的问题。

Description

一种高压变频器并联系统
技术领域
本实用新型涉及一种高压变频器并联系统。
背景技术
目前国内的高压变频器应用主要集中在中小容量上，主流方案是功率单元串联式方案，其控制系统一般由主控板和人机界面组成，人机界面完成变频器的相关人机接口功能，与主控板之间通过RS232/485等串行通信进行连接；变频器的核心算法和控制功能均由“主控板”实现，主控板实时检测变频器的电压、电流等信号，并运行电机核心控制算法，得到正弦脉冲调制波(SPWM)，并通过光纤或者电缆传输至功率单元后，由功率单元最终实现PWM调制。在实际的工程应用中，一些大功率的高压电机也需要采用变频器来控制，而普通的中小容量变频器不能满足其使用要求，必须采用高压大功率变频器。对于高压大功率变频器，由于受到电力电子器件的价格、性能、采购、工艺结构等方面的影响，目前国内应用的高压大功率变频器主要依赖进口，而且高压大功率变频器的造价很高，大大限制了其在工业生产中的应用，影响了节能及生产自动化的进程。因此，寻求一种性价比高、可以稳定运行的方案有着十分重要的意义。如果能将高压变频器并联运行，则可以通过增加并联变频器的个数来增加系统的容量，且由于采用常规的高压电力电子器件，价格相对来说比较低，中小容量变频器技术已经成熟，多台同类型的中小容量变频器并联使用，还具有测试简单可靠性高的优点。
现有的变频器并联运行仅局限于低电压、小功率的变频器。由于高压变频器并联系统必须满足各并联模块输出电压的频率、相位、幅值一致，其中任何一个量的微小偏差都将造成很大的环流，严重降低系统效率，甚至损坏变频器。因此，高压变频器的并联运行有着较大的难度和技术性问题，导致高压变频器的并联使用基本上处于空白状态。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是：为了解决现有高压变频器并联会造成很大的环流，严重降低系统效率的缺陷，提供一种结构简单，可靠性高的高压变频器并联系统。
本实用新型是这样实现的：
一种高压变频器并联系统，包括并联在电网上的高压变频器，由主控板和人机界面构成的控制器通过光纤或电缆与所述高压变频器相连，所述主控板与所述高压变频器相连，所述高压变频器为至少两台以上规格参数一致的高压变频器，所述高压变频器的三相输出端与环流抑制电抗器相连。
所述环流抑制电抗器为三相电抗器。
所述环流抑制电抗器为耦合电抗器。
所述控制器为主从式结构，主机和从机均由结构相同的主控板和人机界面组成，所述主机的主控板通过光纤或电缆与所述从机的主控板相连。
本实用新型的有益效果：
1)采用目前技术上已经成熟的中小容量变频器并联，不改变变频器主电路结构，易于实现。
2)通过增加并联个数可以方便地增加变频器容量，不仅为高压大功率电机的变频运行提供了一种简单有效且易于扩展的方案，还拓展了中小容量高压变频器的应用领域。
下面结合附图对本实用新型进一步说明。
附图说明
图1是高压变频器并联系统的结构示意图；
图2是只有主机没有从机的并联方案的示意图；
图3是并机控制系统中主机的逻辑框图；
图4是以两台高压变频器并联时输出连接耦合电抗器的示意图
图5是以两台高压变频器并联时输出连接独立的非耦合电抗器的示意图。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型高压变频器并联系统：N台(N为大于1的自然数)高压变频器的输入并联连接在电网上，每台高压变频器的输出经环流抑制电抗器后连接到电机。高压变频器并联系统中每台变频器的规格参数必须一致，变频器的三相输出均连接有环流抑制电抗器，该环流抑制电抗器的电气参数尽量保持一致。高压变频器并联系统由并机控制系统协同控制，该并机控制系统是一个主从式控制系统，有且只有一台主机，其他均为从机。主机和从机的硬件物理结构完全相同，主机的主控板和从机的主控板之间通过光纤或者电缆进行高速双工通讯，实现主机和从机的实时数据交换。主控板是控制系统的核心，负责变频器的逻辑、保护、电机控制等功能，人机界面实现人机交互功能。
如图2所示，是本实用新型的一种特殊方案，以两台高压变频器并联为例进行说明，多台并联以此类推。当主控板的光纤或电缆通道数目足够时可以采用此方案，该方案的实施方式是：N台(N为大于1的自然数)高压变频器的输入并联连接在电网上，每台高压变频器的输出经环流抑制电抗器后连接到电机。高压变频器并联系统中每台高压变频器的规格型号必须一致，高压变频器的三相输出均连接环流抑制电抗器，该环流抑制电抗器要求电气参数尽量保持一致。高压变频器并联系统由一套主控板和人机界面进行控制，主控板通过光纤或者电缆控制实现所有高压变频器内功率单元的控制。
如图3所示，是高压变频器并联系统中主机主控板的逻辑框图.所述的主控板包括：信号调理模块、数模转换模块AD、数字信号处理器DSP、现场可编程门阵列FPGA、数据收发模块、通用异步收发模块UART和输入输出接口IO.主控板通过UART模块与人机界面进行串行通信，信号调理模块接收系统的电压、电流等信号，通过AD模块采样后送至DSP，DSP除了完成本机的逻辑、保护等控制外，还根据实时采样得到的系统电压、电流等信号运行电机控制算法，并最终得到SPWM波.该SPWM波通过数据总线传输至FPGA，FPGA控制数据收发模块将得到的SPWM波通过光纤或者电缆发送至变频器的各个功率单元，由功率单元完成PWM控制功能，此外，主机主控板还将该SPWM波实时发送至从机的主控板，供从机完成PWM控制.主机主控板与从机主控板之间除了实时传输SPWM波之外，还实时传输各自的状态信息，任意一台变频器突发故障停机，主机立即封锁所有变频器的输出并停机，保证了系统的安全和稳定运行.主机的人机界面负责整个并联系统的起停控制，并显示系统的报警故障等信息.
从机主控板的硬件物理结构与主机主控板完全相同，只是功能上有所不同。具体区别为：从机的主控板只负责本机的逻辑、保护功能，而不运行电机控制算法，从机主控板接收来自主机主控板的SPWM波，再由主控板上的FPGA通过数据收发模块经光纤或者电缆发送至本机的功率单元实现PWM控制。从机的人机界面只显示本机的报警故障等信息，不能对系统进行控制。从机也可以没有人机界面，而是将故障等信息传送到主机，通过主机的人机界面进行显示。
如图4所示，是以两台高压变频器并联为例说明高压变频器输出连接耦合电抗器的示意图。由图可见，两台高压变频器的每相输出分别连接至耦合电抗器L1、L2、L3的异名端，耦合电抗器L1、L2、L3的另外一组异名端并接后与电机相连。当两台高压变频器的输出没有环流时，由于其输出分别流入耦合电抗器的异名端，故两个电流产生的磁通抵消，电感的等效电感值为零，对正常输出电流不产生压降，不影响输出到电机的电压；当有环流从变频器1不经过负载而直接流向变频器2时，由于环流是从电抗器的同名端流入，电流产生的磁通加强，这时耦合电抗器的等效电感值很大，对环流有很强的抑制作用。耦合电抗器可以做成单台三相结构，也可以做成三台单相结构。
如图5所示，是以两台高压变频器并联为例说明高压变频器输出连接独立的非耦合电抗器的示意图。由图可见，两台高压变频器的每相输出经电抗器后并接，再与电机相连。在不适合采用耦合电抗器的情况下，也可以采用此方案来抑制环流。当有环流产生时，电抗器会对环流有抑制作用，但是必须要求两组电抗器的电气参数尽量一致，并考虑电抗器压降对输出特性的影响。
以上参照本实用新型的具体实施方式描述了本实用新型，但本领域的普通技术人员显然可以对具体实施方式作各种修改、变化和改进，但这些修改、变化和改进都应该属于本实用新型的保护范围。

Claims (4)

1.一种高压变频器并联系统，包括并联在电网上的高压变频器，由主控板和人机界面构成的控制器通过光纤或电缆与所述高压变频器相连，其特征在于：所述主控板与所述高压变频器相连，所述高压变频器为至少两台以上规格参数一致的高压变频器，所述高压变频器的三相输出端与环流抑制电抗器相连。
2.根据权利要求1所述的高压变频器并联系统，其特征在于：所述环流抑制电抗器为三相电抗器。
3.根据权利要求1所述的高压变频器并联系统，其特征在于：所述环流抑制电抗器为耦合电抗器。
4.根据权利要求1所述的高压变频器并联系统，其特征在于：所述控制器为主从式结构，主机和从机均由结构相同的主控板和人机界面组成，所述主机的主控板通过光纤或电缆与所述从机的主控板相连。
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