CN203775060U - 变频器低电压穿越电源 - Google Patents

变频器低电压穿越电源 Download PDF

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CN203775060U CN201420017490.1U CN201420017490U CN203775060U CN 203775060 U CN203775060 U CN 203775060U CN 201420017490 U CN201420017490 U CN 201420017490U CN 203775060 U CN203775060 U CN 203775060U
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刘耀中
王坤
杜海波
王祥滨
张学谦
田亮亮
苗英俊
陈长江
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Abstract

本实用新型涉及一种变频器低电压穿越电源。包括上电缓冲电路、输入整流滤波电路、升压电路、控制隔离输出电路和控制电源电路。所述的上电缓冲电路由输入交流断路器QF1,第一、第二交流接触器KM1、KM2和第一、第二、第三缓冲电阻R1、R2、R3构成。所述的输入整流滤波电路由不可控整流支路和输入滤波均压支路构成。所述的升压电路由升压支路、输出滤波均压支路和驱动支路构成。所述的控制隔离输出电路由控制支路和隔离输出支路构成。所述的控制电源电路由不间断电源UPS和电源转换开关STS构成。它结构紧凑,体积小,稳定可靠,维护工作量小。在现场改造中成本较低。

Description

变频器低电压穿越电源
技术领域
[0001] 本实用新型属于低电压穿越电源,特别是用于辅机变频器的低电压穿越电源。
背景技术
[0002]目前,在电网发生低电压跌落时,火电厂用辅机变频器不具备低电压穿越的能力,适应的输入电压范围较窄,不能在输入电压跌落范围较宽时稳定输出,如20%的额定输入电压。一旦变频器监测到输入电压过低,变频器将闭锁输出,引起主燃料跳闸(MFT)启动动作,锅炉灭火,造成重大事故和损失。火电机组辅机变频器不具备低电压穿越能力的问题在全国范围内普遍存在。
[0003]目前国内解决火电厂辅机变频器的低电压穿越问题的办法多为加装变频器的备用电源。如在电网与变频器交流输入端之间串联加装交流在线式UPS、在辅机变频器直流母线处加装蓄电池等。这两种方案的设备内部均含有蓄电池,这两种方案有以下缺点:1、蓄电池工作温度有限,不能长期工作于高于额定工作温度的环境下,一方面会缩短使用寿命,另一方面蓄电池有变形、胀裂的危险,可靠性差,不适合某些电厂的现场高温环境。2、蓄电池需要配套充放电设备,如蓄电池数目较多时需单独放置在一个蓄电池机柜内,这对现场的空间要求较高,同时增加了成本和设备维护的工作量。3、维护更换下的废旧蓄电池内含有重金属,一旦丢弃将会给环境带来严重的污染,需要进行合理的再回收处理。
[0004] 另外,有些方案采用压差切换控制开关作为电网电源与备用电源的切换装置。压差切换控制开关使用晶闸管作为开关元件,模拟电路监测晶闸管阳极A和阴极K之间的压差,达到设定值晶闸管导通,备用电源对变频器直流母线供电。这种切换方案中有以下缺点:1、使用的开关元件晶闸管为半控型器件,开关速度较慢,所需驱动电路功率大。2、晶闸管一旦导通,门极就失去控制作用,即模拟电路失去控制作用。一旦在电网电压波动较为频繁的电厂环境中使用,变频器本身能够稳定工作的前提下,晶闸管也非常容易发生误导通,而且系统很难自动满足晶闸管的关断条件,晶闸管的误导通很难自动恢复。
[0005]目前国内火电厂辅机变频器面对电网低电压跌落时,不但变频器主电路会出现不具备低电压穿越的能力,变频器控制系统在电网低电压跌落时也会发生控制电源欠压而停止工作。目前市场上的低电压穿越电源产品,主要是采用开关电源或不间断电源UPS给变频器的控制电源供电。开关电源无法在电网电源跌落至20%额定值时稳定工作,而不间断电源UPS内部含有蓄电池,蓄电池使用寿命有限,长期单独使用不间断电源UPS对变频器控制电源供电,用户在使用过程中需定期对不间断电源UPS或者其内部的蓄电池进行更换,维护周期短,工作量较大。
发明内容
[0006] 为了克服现有技术的缺点,本实用新型提供一种变频器低电压穿越电源,它结构紧凑,体积小,稳定可靠,维护工作量小。在现场改造中成本较低。
[0007] 本实用新型解决其技术问题所采取的技术方案是:包括:[0008] 上电缓冲电路:由输入交流断路器QF1,第一、第二交流接触器KM1、KM2和第一、第
二、第三缓冲电阻Rl、R2、R3构成,输入交流断路器QFl连接在电网电源与第一交流接触器KMl的输入端之间,第一交流接触器KMl的输入端与第二交流接触器KM2的输入端并联,第二交流接触器KM2的输出端的三个点分别与第一、第二、第三缓冲电阻Rl、R2、R3的一端串联,第一、第二、第三缓冲电阻R1、R2、R3的另一端分别并联至第一交流接触器KMl的输出端的三个点;
[0009] 输入整流滤波电路:由不可控整流支路和输入滤波均压支路构成;不可控整流支路是由三相不可控整流桥VCl构成,输入滤波均压支路是由第一、第二、第三、第四输入滤波电容C1、C2、C3、C4和第一、第二输入均压电阻R4、R5构成。其中,第一、第二、第三、第四输入滤波电容Cl、C2、C3、C4的电容量、额定电压完全一致,第一、第二输入均压电阻R4、R5的标称阻值、额定功率完全一致;输入整流滤波电路的连接方式是:三相不可控整流桥VCl的输入端连接至第一交流接触器KMl的输出端,三相不可控整流桥VCl的输出端连接至输入滤波均压支路;输入滤波均压支路的连接方式是:第一输入滤波电容Cl与第二输入滤波电容C2、第一输入均压电阻R4并联,第三输入滤波电容C3与第四输入滤波电容C4、第二输入均压电阻R5并联,第三输入滤波电容C3的正极与三相不可控整流桥VCl的共阴极输出端连接,第三输入滤波电容C3的负极与第一输入滤波电容Cl的正极连接,第一输入滤波电容Cl的负极与三相不可控整流桥VCl的共阳极输出端连接;
[0010] 升压电路:由升压支路、输出滤波均压支路和驱动支路构成;升压支路是由高频电感L1、霍尔电流传感器TAl和第一绝缘栅双极晶体管模块VII构成,其中第一绝缘栅双极晶体管模块VIl选用两单元IGBT模块,两单元IGBT模块中的下管IGBT作为升压支路的开关元件,与上管IGBT反并联的二极管作为升压支路的升压二极管。输出滤波均压支路是由第一、第二、第三、第四输出滤波电容C5、C6、C7、C8和第一、第二输出均压电阻R6、R7构成。其中,第一、第二、第三、第四输出滤波电容C5、C6、C7、C8的电容量、额定电压完全一致,第一、第二输出均压电阻R6、R7的标称阻值、额定功率完全一致;升压支路的连接方式是:高频电感LI的一端连接于第三输入滤波电容C3的正极,另一端连接至第一绝缘栅双极晶体管模块VIl下管IGBT的集电极,下管IGBT的发射极连接至第一输入滤波电容Cl的负极,与上管IGBT反并联的二极管其阳极与下管IGBT的集电极为公共端,阴极连接至第三输出滤波电容C7的正极。输出滤波均压支路的连接方式是:第一输出滤波电容C5与第二输出滤波电容C6、第一输出均压电阻R6并联,第三输出滤波电容C7与第四输出滤波电容C8、第二输出均压电阻R7并联,第三输出滤波电容C7的负极与第一输出滤波电容C5的正极连接,第一输出滤波电容C5的负极连接至第一输入滤波电容Cl的负极。驱动支路的连接方式是:IGBT驱动电路板直接紧贴嵌套在第一绝缘栅双极晶体管模块VIl外形的凹陷处,通过螺栓与第一绝缘栅双极晶体管模块VIl连接;
[0011] 控制隔离输出电路:由控制支路和隔离输出支路构成。控制支路是由第二绝缘栅双极晶体管模块VI2构成,其中第二绝缘栅双极晶体管模块VI2选用一单元IGBT模块。隔离输出支路是由第一、第二共阳极快恢复二极管模块MZA1、MZA2、第一、第二共阴极快恢复二极管模块MZK1、MZK2、吸收电阻R8、第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七、第八熔断器FU1、FU2、FU3、FU4、FU5、FU6、FU7、FU8 和第一、第二、第三、第四输出直流断路器 QF2、QF3、QF4、QF5构成。控制支路的连接方式是:第二绝缘栅双极晶体管模块VI2内IGBT的集电极连接于第三输出滤波电容C7的正极,第二绝缘栅双极晶体管模块VI2内IGBT的发射极连接于第一共阳极快恢复二极管模块MZAl的阳极公共端。隔离输出支路的连接方式是:第一共阳极快恢复二极管模块MZAl和第二共阳极快恢复二极管模块MZA2的阳极公共端相连接,第一共阴极快恢复二极管模块MZKl和第二共阴极快恢复二极管模块MZK2的阴极公共端相连接,第一共阴极快恢复二极管模块MZKl的阴极公共端连接于第一输出滤波电容C5的负极,吸收电阻R8并联于第一共阳极快恢复二极管模块MZAl的阳极公共端和第一共阴极快恢复二极管模块MZKl的阴极公共端之间;第一、第二共阳极快恢复二极管模块MZA1、MZA2和第一、第二共阴极快恢复二极管模块MZK1、MZK2,每个模块内分别包含有2个快恢复二极管,每个共阳极快恢复二极管的阴极分别连接有I个熔断器,每个共阴极快恢复二极管的阳极分别连接有I个熔断器,第一熔断器FUl和第五熔断器FU5共同连接至第一输出直流断路器QF2,作为变频器低电压穿越电源的第一路直流输出;第二熔断器FU2和第六熔断器FU6共同连接至第二输出直流断路器QF3,作为变频器低电压穿越电源的第二路直流输出;第三熔断器FU3和第七熔断器FU7共同连接至第三输出直流断路器QF4,作为变频器低电压穿越电源的第三路直流输出;第四熔断器FU4和第八熔断器FU8共同连接至第四输出直流断路器QF5,作为变频器低电压穿越电源的第四路直流输出;
[0012] 和控制电源电路:由不间断电源UPS和电源转换开关STS构成,电网电源连接至不间断电源UPS的输入端和电源转换开关STS的第二路输入端,不间断电源UPS的输出端连接至电源转换开关STS的第一路输入端,电源转换开关STS的输出端连接至变频器低电压穿越电源控制电路板的输入端和变频器控制电源的输入端;将电网电源作为电源转换开关STS的首选电源,将不间断电源UPS作为电源转换开关STS的备用电源;从首选电源向备用电源进行切换的电压阈值为额定电压的10%。
[0013] 本实用新型具有下列优点:
[0014] I )、使用电力电子变换电路,主电路不使用蓄电池,可使用于温度较高的现场环境。
[0015] 变频器低电压穿越电源的关键元件三相不可控整流桥VC1、高频电感L1、第一绝缘栅双极晶体管模块VI1、第二绝缘栅双极晶体管模块VI2、控制电路板和IGBT驱动电路板均可在25°C _85°C的环境温度下长期工作,可将变频器低电压穿越电源用于温度较高的辅机变频器现场。变频器低电压穿越电源最小规格尺寸可设计为1700X460X420(高X宽X深,mmXmmXmm),结构紧凑合理,体积小,便于施工安装在已经建设好的辅机变频器控制室内,对现场辅机变频器控制室空间要求低。规格尺寸也可以根据现场情况进行定制,以保证与现场其他机柜的规格尺寸协调一致。性能稳定可靠,维护工作量小,对现场改造来讲成本较低。
[0016] 2)、使用全控型器件绝缘栅双极晶体管模块作为开关元件,故障率低,启动工作快。
[0017] 当电网电源正常的情况下,或是电网电源电压跌落到90%以上时,即输入电压Uin范围在380VAC (90%-100%)时,变频器低电压穿越电源内置的升压电路和控制隔离输出电路均不工作,因为控制电路板控制开关元件第一绝缘栅双极晶体管模块VIl和第二绝缘栅双极晶体管模块VI2均不工作,变频器低电压穿越电源的直流输出为0V,不对辅机变频器输出,处于后备运行方式,不参与变频器正常运行。[0018] 当电网电源发生低电压跌落时,即变频器的动力电源发生跌落时,即输入电压Uin范围在380VAC(20%-90%)时,变频器低电压穿越电源的控制电路板实时监测到此电压跌落,并快速启动工作,控制IGBT驱动电路板启动工作,第二绝缘栅双极晶体管模块VI2在电网电源电压跌落的瞬间开通,控制隔离输出电路启动工作,将变频器低电压穿越电源的直流电压输出到变频器直流母线;升压电路内的第一绝缘栅双极晶体管模块VIl根据电网电源电压跌落情况动态调整占空比,保证变频器低电压穿越电源的直流输出稳定在500VDC,使辅机变频器输出功率、辅机变频器拖动的电机的转矩和转速均保持在正常状态。变频器低电压穿越电源启动工作的时间小于80 μ S。
[0019] 当辅机变频器动力电源恢复正常时,即输入电压Uin恢复到380VAC (90%-100%)时,变频器低电压穿越电源通过控制电路板控制IGBT驱动电路板停止工作,开关元件第一绝缘栅双极晶体管模块VIl和第二绝缘栅双极晶体管模块VI2关断,升压电路和控制隔离输出电路自动退出工作状态,变频器低电压穿越电源的直流输出为0V,恢复到后备运行方式,辅机变频器自动转换为重新由电网电源供电,直到下次电网电源发生低电压跌落。
[0020] 升压电路和控制隔离输出电路均使用绝缘栅双极晶体管,这是一种全控型器件,具有输入阻抗高、开关速度快、热稳定性好、所需驱动功率小而且驱动电路简单、通态电压低、高压电流大等优点,而且通过模拟电路既能控制其开关,又能控制其关断。使用这种全控型器件需要第一绝缘栅双极晶体管模块VIl和第二绝缘栅双极晶体管模块VI2同时误导通,才能使变频器低电压穿越电源误导通。而且即便是发生了误导通,控制电路板将在监测到误导通后自动关断第一绝缘栅双极晶体管模块VIl和第二绝缘栅双极晶体管模块VI2的驱动信号,误导通将自动关断。这大大降低了变频器低电压穿越电源的故障率。
[0021] 3)、控制电源电路采用双路电源,一路供电、一路备用的供电方式。维护周期长,维护工作量小。
[0022] 控制电源电路由不间断电源UPS和电源转换开关STS构成,由电网电源和不间断电源UPS两路电源作为电源转换开关STS的两路输入。将电网电源作为电源转换开关STS的首选电源,将不间断电源UPS作为电源转换开关STS的备用电源。从首选电源向备用电源进行切换的电压阈值为额定电压的10%。
[0023] 当电网电源正常的情况下,或是电网电源电压跌落到90%以上时,即输入电压Uin范围在380VAC (90%-100%)时,辅机变频器的控制电源和变频器低电压穿越电源的控制电路板均使用电网电源供电,即使用电源转换开关STS的首选电源供电。
[0024] 当电网电源发生低电压跌落时,即变频器的动力电源发生跌落时,即输入电压Uin范围在380VAC (20%-90%)时,辅机变频器的控制电源和变频器低电压穿越电源的控制电路板均由不间断电源UPS供电,即使用电源转换开关STS的备用电源供电。
[0025] 当辅机变频器动力电源恢复正常时,即输入电压Uin恢复到380VAC (90%-100%)时,辅机变频器的控制电源和变频器低电压穿越电源的控制电路板恢复使用电网电源供电,直到下次电网电源发生低电压跌落。
[0026] 这种控制电源电路的设计大大降低了单独使用不间断电源UPS供电的故障率,延长了不间断电源UPS的使用寿命和维护周期,减少了维护工作量。
[0027] 4)、具有完善的监控及通讯系统。
[0028] 具有报警信号输出结点及与现场主控DCS通讯的功能,变频器低电压穿越电源的报警及动作信号接入主控盘或DCS系统中。变频器低电压穿越电源具有多种通讯方式,可实现RS485,CAN网,以太网通讯,实现运行信息实时监控。一旦电网电源发生低电压跌落,变频器低电压穿越电源可以将故障诊断结果通过硬接点、通讯等多种方式上传至后台管理系统,可实现故障事件的统计与记录功能。
[0029] 5)、具备完善的显不系统及保护功能,安全性能1¾。
[0030] 显示系统可以显示交流输入电压,直流输出电压,上电指示,工作指示,故障指示
坐寸O
[0031] 为了保证辅机变频器的正常运行,变频器低电压穿越电源提供完善的保护功能。(a)上电缓冲保护:变频器低电压穿越电源上电时,控制电路板控制第二交流接触器KM2首先吸合,2s后第一交流接触器KMl吸合,第二交流接触器KM2断开,这一上电缓冲过程避免了上电过程产生大电流,有效的保护了主电路中的电子元器件。(b)主电路直流过流、过压保护:变频器低电压穿越电源运行后投入工作时,控制电路板实时监测变频器低电压穿越电源的直流输出电压、电流值。一 旦发现异常,迅速停止变频器低电压穿越电源的工作,并发出报警。(c)重要元器件保护:基于第一绝缘栅双极晶体管模块VIl和第二绝缘栅双极晶体管模块VI2的关键作用作了保护,包括绝缘栅双极晶体管过流保护、绝缘栅双极晶体管过压保护、绝缘栅双极晶体管过热保护、绝缘栅双极晶体管短路保护和IGBT驱动电路板保护等多种措施。一旦发现异常,迅速停止变频器低电压穿越电源的工作,并发出报警。(d)控制电源电路异常保护:变频器低电压穿越电源运行过程中,控制电路板实时监测控制电源电路的输出电压,如发现异常,马上停止控制电源电路的输出,避免影响变频器和变频器低电压穿越电源的正常工作。(e)输出隔离保护措施:变频器低电压穿越电源的每一路输出端均使用快恢复二极管进行输出隔离,使用熔断器进行输出保护,输出直流断路器兼具输出隔离和输出保护的双重作用,一旦变频器低电压穿越电源所拖动的某一路辅机变频器发生故障,不会影响整个变频器低电压穿越电源的安全运行,也不会给其他三路所拖动的辅机变频器产生任何影响。这保证了变频器低电压穿越电源的安全可靠,不会对电网或原有辅机变频器设备带来新的安全隐患。同时输出直流断路器也能保证在厂内检修时逐级将变频器低电压穿越电源与辅机变频器断开。
附图说明
[0032] 下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
[0033] 图1为本实用新型主电路原理图;
[0034] 图2为本实用新型控制电源电路原理图。
具体实施方式
[0035] 如图1、2所示,本实用新型包括上电缓冲电路、输入整流滤波电路、升压电路、控制隔离输出电路和控制电源电路。
[0036] 所述的上电缓冲电路由输入交流断路器QF1,第一、第二交流接触器KM1、KM2和第一、第二、第三缓冲电阻R1、R2、R3构成,输入交流断路器QFl连接在电网电源与第一交流接触器KMl的输入端之间,第一交流接触器KMl的输入端与第二交流接触器KM2的输入端并联,第二交流接触器KM2的输出端的三个点分别与第一、第二、第三缓冲电阻R1、R2、R3的一端串联,第一、第二、第三缓冲电阻R1、R2、R3的另一端分别并联至第一交流接触器KMl的输出端的三个点。
[0037] 所述的输入整流滤波电路由不可控整流支路和输入滤波均压支路构成;所述不可控整流支路是由三相不可控整流桥VCl构成,所述输入滤波均压支路是由第一、第二、第
三、第四输入滤波电容Cl、C2、C3、C4和第一、第二输入均压电阻R4、R5构成。其中,第一、第二、第三、第四输入滤波电容C1、C2、C3、C4的电容量、额定电压完全一致,第一、第二输入均压电阻R4、R5的标称阻值、额定功率完全一致;所述输入整流滤波电路的连接方式是:三相不可控整流桥VCl的输入端连接至第一交流接触器KMl的输出端,三相不可控整流桥VCl的输出端连接至输入滤波均压支路;所述输入滤波均压支路的连接方式是:第一输入滤波电容Cl与第二输入滤波电容C2、第一输入均压电阻R4并联,第三输入滤波电容C3与第四输入滤波电容C4、第二输入均压电阻R5并联,第三输入滤波电容C3的正极与三相不可控整流桥VCl的共阴极输出端连接,第三输入滤波电容C3的负极与第一输入滤波电容Cl的正极连接,第一输入滤波电容Cl的负极与三相不可控整流桥VCl的共阳极输出端连接。
[0038] 所述的升压电路由升压支路、输出滤波均压支路和驱动支路构成;所述升压支路是由高频电感L1、霍尔电流传感器TAl和第一绝缘栅双极晶体管模块VII构成,其中第一绝缘栅双极晶体管模块VIl选用两单元IGBT模块,两单元IGBT模块中的下管IGBT作为升压支路的开关元件,与上管IGBT反并联的二极管作为升压支路的升压二极管。所述输出滤波均压支路是由第一、第二、第三、第四输出滤波电容C5、C6、C7、C8和第一、第二输出均压电阻R6、R7构成。其中,第一、第二、第三、第四输出滤波电容C5、C6、C7、C8的电容量、额定电压完全一致,第一、第二输出均压电阻R6、R7的标称阻值、额定功率完全一致;所述升压支路的连接方式是:高频电感LI的一端连接于第三输入滤波电容C3的正极,另一端连接至第一绝缘栅双极晶体管模块VIl下管IGBT的集电极,下管IGBT的发射极连接至第一输入滤波电容Cl的负极,与上管IGBT反并联的二极管其阳极与下管IGBT的集电极为公共端,阴极连接至第三输出滤波电容C7的正极。所述输出滤波均压支路的连接方式是:第一输出滤波电容C5与第二输出滤波电容C6、第一输出均压电阻R6并联,第三输出滤波电容C7与第四输出滤波电容C8、第二输出均压电阻R7并联,第三输出滤波电容C7的负极与第一输出滤波电容C5的正极连接,第一输出滤波电容C5的负极连接至第一输入滤波电容Cl的负极。所述驱动支路的连接方式是:所述IGBT驱动电路板直接紧贴嵌套在第一绝缘栅双极晶体管模块VIl外形的凹陷处,通过螺栓与第一绝缘栅双极晶体管模块VIl连接。
[0039] 所述的控制隔离输出电路由控制支路和隔离输出支路构成。所述控制支路是由第二绝缘栅双极晶体管模块VI2构成,其中第二绝缘栅双极晶体管模块VI2选用一单元IGBT模块。所述隔离输出支路是由第一、第二共阳极快恢复二极管模块MZA1、MZA2、第一、第二共阴极快恢复二极管模块MZK1、MZK2、吸收电阻R8、第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七、第八熔断器FU1、FU2、FU3、FU4、FU5、FU6、FU7、FU8和第一、第二、第三、第四输出直流断路器QF2、QF3、QF4、QF5构成。所述控制支路的连接方式是:第二绝缘栅双极晶体管模块VI2内IGBT的集电极连接于第三输出滤波电容C7的正极,第二绝缘栅双极晶体管模块VI2内IGBT的发射极连接于第一共阳极快恢复二极管模块MZAl的阳极公共端。所述隔离输出支路的连接方式是:第一共阳极快恢复二极管模块MZAl和第二共阳极快恢复二极管模块MZA2的阳极公共端相连接,第一共阴极快恢复二极管模块MZKl和第二共阴极快恢复二极管模块MZK2的阴极公共端相连接,第一共阴极快恢复二极管模块MZKl的阴极公共端连接于第一输出滤波电容C5的负极,吸收电阻R8并联于第一共阳极快恢复二极管模块MZAl的阳极公共端和第一共阴极快恢复二极管模块MZKl的阴极公共端之间;第一、第二共阳极快恢复二极管模块MZA1、MZA2和第一、第二共阴极快恢复二极管模块MZK1、MZK2,每个模块内分别包含有2个快恢复二极管,每个共阳极快恢复二极管的阴极分别连接有I个熔断器,每个共阴极快恢复二极管的阳极分别连接有I个熔断器,第一熔断器FUl和第五熔断器FU5共同连接至第一输出直流断路器QF2,作为变频器低电压穿越电源的第一路直流输出;第二熔断器FU2和第六熔断器FU6共同连接至第二输出直流断路器QF3,作为变频器低电压穿越电源的第二路直流输出;第三熔断器FU3和第七熔断器FU7共同连接至第三输出直流断路器QF4,作为变频器低电压穿越电源的第三路直流输出;第四熔断器FU4和第八熔断器FU8共同连接至第四输出直流断路器QF5,作为变频器低电压穿越电源的第四路直流输出。
[0040] 所述的控制电源电路由不间断电源UPS和电源转换开关STS构成,电网电源连接至不间断电源UPS的输入端和电源转换开关STS的第二路输入端,不间断电源UPS的输出端连接至电源转换开关STS的第一路输入端,电源转换开关STS的输出端连接至变频器低电压穿越电源控制电路板的输入端和变频器控制电源的输入端;将电网电源作为电源转换开关STS的首选电源,将不间断电源UPS作为电源转换开关STS的备用电源;从首选电源向备用电源进行切换的电压阈值为额定电压的10%。
[0041] 本实用新型连接在电网与辅机变频器之间,使用电力电子变换电路,电网电源正常时处于后备运行方式,电网电源发生低电压跌落至20%-90%时,迅速投入运行,启动工作的时间小于80μ S,提供四路500VDC直流升压输出,直流输出并联于辅机变频器直流母线处。
[0042] 变频器低电压穿越电源上电时,控制电路板控制第二交流接触器ΚΜ2首先吸合,2s后第一交流接触器KMl吸合,第二交流接触器ΚΜ2断开,这一上电缓冲过程避免了上电过程产生大电流,有效的保护了主电路中的电子元器件。
[0043] 本实用新型投入运行的情况下,当电网电源正常的情况下,或是电网电源电压跌落到90%以上时,即输入电压Uin范围在380VAC (90%_100%)时,变频器低电压穿越电源内置的升压电路和控制隔离输出电路均不工作,因为控制电路板控制开关元件第一绝缘栅双极晶体管模块VIl和第二绝缘栅双极晶体管模块VI2均不工作,变频器低电压穿越电源的直流输出为0V,不对辅机变频器输出,处于后备运行方式,不参与变频器正常运行。
[0044] 此时辅机变频器的控制电源和变频器低电压穿越电源的控制电路板均使用电网电源供电,即使用电源转换开关STS的首选电源供电。
[0045] 当电网电源发生低电压跌落时,即变频器的动力电源发生跌落时,即输入电压Uin范围在380VAC(20%-90%)时,变频器低电压穿越电源的控制电路板实时监测到此电压跌落,并快速启动工作,控制IGBT驱动电路板启动工作,第二绝缘栅双极晶体管模块VI2在电网电源电压跌落的瞬间开通,控制隔离输出电路启动工作,将变频器低电压穿越电源的直流电压输出到变频器直流母线;升压电路内的第一绝缘栅双极晶体管模块VIl根据电网电源电压跌落情况动态调整占空比,保证变频器低电压穿越电源的直流输出稳定在500VDC,使辅机变频器输出功率、辅机变频器拖动的电机的转矩和转速均保持在正常状态。变频器低电压穿越电源启动工作的时间小于80 μ S。[0046] 此时辅机变频器的控制电源和变频器低电压穿越电源的控制电路板均由不间断电源UPS供电,即使用电源转换开关STS的备用电源供电。
[0047] 当辅机变频器动力电源恢复正常时,即输入电压Uin恢复到380VAC (90%-100%)时,变频器低电压穿越电源通过控制电路板控制IGBT驱动电路板停止工作,开关元件第一绝缘栅双极晶体管模块VIl和第二绝缘栅双极晶体管模块VI2关断,升压电路和控制隔离输出电路自动退出工作状态,变频器低电压穿越电源的直流输出为0V,恢复到后备运行方式,辅机变频器、辅机变频器的控制电源和变频器低电压穿越电源的控制电路板均自动转换为重新由电网电源供电,直到下次电网电源发生低电压跌落。

Claims (1)

1.一种变频器低电压穿越电源,其特征在于:包括: 上电缓冲电路:由输入交流断路器(QFl),第一、第二交流接触器(KMl、KM2)和第一、第二、第三缓冲电阻(Rl、R2、R3)构成,输入交流断路器(QFl)连接在电网电源与第一交流接触器(KMl)的输入端之间,第一交流接触器(KMl)的输入端与第二交流接触器(KM2)的输入端并联,第二交流接触器(KM2)的输出端的三个点分别与第一、第二、第三缓冲电阻(R1、R2、R3)的一端串联,第一、第二、第三缓冲电阻(Rl、R2、R3)的另一端分别并联至第一交流接触器(KMl)的输出端的三个点; 输入整流滤波电路:由不可控整流支路和输入滤波均压支路构成;不可控整流支路是由三相不可控整流桥(VCl)构成,输入滤波均压支路是由第一、第二、第三、第四输入滤波电容(Cl、C2、C3、C4)和第一、第二输入均压电阻(R4、R5)构成,其中,第一、第二、第三、第四输入滤波电容(Cl、C2、C3、C4)的电容量、额定电压完全一致,第一、第二输入均压电阻(R4、R5)的标称阻值、额定功率完全一致;输入整流滤波电路的连接方式是:三相不可控整流桥(VCl)的输入端连接至第一交流接触器(KMl)的输出端,三相不可控整流桥(VCl)的输出端连接至输入滤波均压支路;输入滤波均压支路的连接方式是:第一输入滤波电容(Cl)与第二输入滤波电容(C2)、第一输入均压电阻(R4)并联,第三输入滤波电容(C3)与第四输入滤波电容(C4)、第二输入均压电阻(R5)并联,第三输入滤波电容(C3)的正极与三相不可控整流桥(VCl)的共阴极输出端连接,第三输入滤波电容(C3)的负极与第一输入滤波电容(Cl)的正极连接,第一输入滤波电容(Cl)的负极与三相不可控整流桥(VCl)的共阳极输出端连接; 升压电路:由升压支路、输出滤波均压支路和驱动支路构成;升压支路是由高频电感(LI)、霍尔电流传感器(TAl)和第一绝缘栅双极晶体管模块(VII)构成,其中第一绝缘栅双极晶体管模块(VII)选用两单元IGBT模块,两单元IGBT模块中的下管IGBT作为升压支路的开关元件,与上管IG BT反并联的二极管作为升压支路的升压二极管,输出滤波均压支路是由第一、第二、第三、第四输出滤波电容(C5、C6、C7、C8)和第一、第二输出均压电阻(R6、R7)构成,其中,第一、第二、第三、第四输出滤波电容(C5、C6、C7、C8)的电容量、额定电压完全一致,第一、第二输出均压电阻(R6、R7)的标称阻值、额定功率完全一致;升压支路的连接方式是:高频电感(LI)的一端连接于第三输入滤波电容(C3)的正极,另一端连接至第一绝缘栅双极晶体管模块(VIl)下管IGBT的集电极,下管IGBT的发射极连接至第一输入滤波电容(Cl)的负极,与上管IGBT反并联的二极管其阳极与下管IGBT的集电极为公共端,阴极连接至第三输出滤波电容(C7)的正极,输出滤波均压支路的连接方式是:第一输出滤波电容(C5)与第二输出滤波电容(C6)、第一输出均压电阻(R6)并联,第三输出滤波电容(C7)与第四输出滤波电容(C8 )、第二输出均压电阻(R7 )并联,第三输出滤波电容(C7 )的负极与第一输出滤波电容(C5)的正极连接,第一输出滤波电容(C5)的负极连接至第一输入滤波电容(Cl)的负极,驱动支路的连接方式是:IGBT驱动电路板直接紧贴嵌套在第一绝缘栅双极晶体管模块(VIl)外形的凹陷处,通过螺栓与第一绝缘栅双极晶体管模块(VIl)连接; 控制隔离输出电路:由控制支路和隔离输出支路构成,控制支路是由第二绝缘栅双极晶体管模块(VI2)构成,其中第二绝缘栅双极晶体管模块(VI2)选用一单元IGBT模块,隔离输出支路是由第一、第二共阳极快恢复二极管模块(MZA1、MZA2)、第一、第二共阴极快恢复二极管模块(MZK1、MZK2)、吸收电阻(R8)、第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七、第八熔断器(FU1、FU2、FU3、FU4、FU5、FU6、FU7、FU8)和第一、第二、第三、第四输出直流断路器(QF2、QF3、QF4、QF5)构成,控制支路的连接方式是:第二绝缘栅双极晶体管模块(VI2)内IGBT的集电极连接于第三输出滤波电容(C7)的正极,第二绝缘栅双极晶体管模块(VI2)内IGBT的发射极连接于第一共阳极快恢复二极管模块(MZAl)的阳极公共端,隔离输出支路的连接方式是:第一共阳极快恢复二极管模块(MZAl)和第二共阳极快恢复二极管模块(MZA2)的阳极公共端相连接,第一共阴极快恢复二极管模块(MZKl)和第二共阴极快恢复二极管模块(MZK2)的阴极公共端相连接,第一共阴极快恢复二极管模块(MZKl)的阴极公共端连接于第一输出滤波电容(C5)的负极,吸收电阻(R8)并联于第一共阳极快恢复二极管模块(MZAl)的阳极公共端和第一共阴极快恢复二极管模块(MZKl)的阴极公共端之间;第一、第二共阳极快恢复二极管模块(MZA1、MZA2)和第一、第二共阴极快恢复二极管模块(MZK1、MZK2),每个模块内分别包含有2个快恢复二极管,每个共阳极快恢复二极管的阴极分别连接有I个熔断器,每个共阴极快恢复二极管的阳极分别连接有I个熔断器,第一熔断器(FUl)和第五熔断器(FU5)共同连接至第一输出直流断路器(QF2),作为变频器低电压穿越电源的第一路直流输出;第二熔断器(FU2)和第六熔断器(FU6)共同连接至第二输出直流断路器(QF3),作为变频器低电压穿越电源的第二路直流输出;第三熔断器(FU3)和第七熔断器(FU7)共同连接至第三输出直流断路器(QF4),作为变频器低电压穿越电源的第三路直流输出;第四熔断器(FU4)和第八熔断器(FU8)共同连接至第四输出直流断路器(QF5),作为变频器低电压穿越电源的第四路直流输出; 和控制电源电路:由不间断电源(UPS)和电源转换开关(STS)构成,电网电源连接至不间断电源(UPS)的输入端和电源转换开关(STS)的第二路输入端,不间断电源(UPS)的输出端连接至电源转换开关(STS)的第一路输入端,电源转换开关(STS)的输出端连接至变频器低电压穿越电源控制电路板的输入端和变频器控制电源的输入端;将电网电源作为电源转换开关(STS)的首选电源,将不间断电源(UPS)作为电源转换开关(STS)的备用电源;从首选电源向备用电源 进行切换的电压阈值为额定电压的10%。
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