CN204205705U - 一种用于中压电机的动力ups系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于中压电机的动力UPS系统，该系统包括高低高变频单元、检修旁路单元和储能升压单元，所述检修旁路单元和高低高变频单元并联于中压交流电路中，所述储能升压单元的输出端与所述高低高变频单元的直流母线连接。本实用新型的动力UPS系统利用储能升压单元在电网出现电压暂降和短时中断的时候为负载供电，切换时间快至us级，可以解决厂用电电压暂降、短时中断带来的危害，另外，由于交错并联Boost DC/DC变换器具有升压功能，可大大减少蓄电池的用量，降低蓄电池的投资以及运行维护成本。本实用新型系统结构紧凑，实用性强。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种动力UPS系统，尤其是涉及一种用于中压电机的动力UPS系统。
背景技术
随着经济的发展、科技水平的进步，工商业生产规模越来越大，越来越多的大功率电机在石化、造纸、矿山及冶金、水泥、发电厂、水及污水处理等行业应用。在电机功率较大时，中压电机较低压电机的电缆截面积小，成本低，易于安装，所以中压电机在工业现场有大量应用。而采用变频技术能进一步降低成本，同时改善电机的过程控制以及大型电动机的变频软起软停控制，所以大多中压电机采用变频调速技术。
但是当电网出现故障引起电压暂降、短时中断或长时停电时，变频器会因低压保护而闭锁输出，从而导致其拖动的中压电机非计划停运。这在一些连续性生产企业中，中压电机的非计划停运会导致整条生产线的停运甚至是全厂联锁跳停，给企业带来十分巨大的经济损失。为了保护中压电机免受电压暂降、短时中断或长时停电的影响，一种用于中压电机的动力UPS系统的开发很有必要。
实用新型内容
实用新型目的：本实用新型所要解决的技术问题是提供一种用于中压电机的动力UPS系统，解决了现有技术无法满足变频中压电机在电压暂降和短时中断期间不间断运行的难题。
实用新型内容：为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案为：
一种用于中压电机的动力UPS系统，该系统包括高低高变频单元、检修旁路单元和储能升压单元，所述检修旁路单元和高低高变频单元并联于中压交流电路中，所述储能升压单元的输出端与所述高低高变频单元的直流母线连接。
其中，所述高低高变频单元包括依次串联的降压变压器、整流器、逆变器和升压变压器，所述整流器与逆变器构成所述高低高变频单元的变频器，所述储能升压单元的输出端连接在所述整流器和逆变器之间的直流母线上。
其中，所述储能升压单元包括储能设备、交错并联Boost DC/DC变换器、输出二极管、单片机控制电路以及驱动放大电路，其中，所述储能设备、交错并联Boost DC/DC变换器和输出二极管依次连接，所述单片机控制电路的输出端与所述驱动放大电路连接，所述驱动放大电路的输出端与所述交错并联Boost DC/DC变换器连接。
其中，所述单片机控制电路设有电压输入端Ui和电压输出端Uo，电压输入端Ui串联电阻R1、电阻R2后接地，电压输出端Uo串联电阻R3、电阻R4后接地，单片机包括AN0端口和AN1端口，电阻R1和电阻R2之间连接AN0端口，电阻R3和电阻R4之间连接AN1端口，单片机还包括PWM信号输出端口和AN2端口，单片机通过AN2端口与电阻R5串联接地，同时单片机通过AN2端口采集MOS管电流，单片机通过端口1接地，单片机通过端口2接5V电压端，单片机还包括端口3和端口4，单片机的端口3和端口4分别与晶振连接；
其中，所述驱动放大电路包括光电耦合器，光电耦合器中包括发光二极管D1，光电耦合器的一个输入端连接PWM信号输入端，光电耦合器的另一个输入端口接地（数字地），光电耦合器的第一个输出端口连接5V电压端（模拟电源），第二个输出端口串联电阻R2与驱动脉冲信号输出端连接，第三个输出端口分别与电容C1的一端、接地端（模拟地）和整流二极管VD1的一端连接，整流二极管VD1的另一端连接驱动脉冲信号输出端，电容C1的一端与光电耦合器的第三个输出端口连接，电容C1的另一端接5V电压端（模拟电源），发光二极管D1的一端接地，发光二极管D1的另一端串联电阻R1连接PWM信号输入端。
其中，所述两路交错并联的Boost DC/DC 变换器的功率管为英飞凌IGBT模块。
有益效果：现有技术中UPS系统由于功率较小、电压较低，无法为中压电机提供不间断电源，快切装置的切换时间大于变频器的低压跳闸时间，中压电机同样会停止运行，本实用新型的动力UPS系统利用储能升压单元在电网出现电压暂降和短时中断的时候为负载供电，切换时间快至us级，可以解决厂用电电压暂降、短时中断带来的危害，另外，由于交错并联Boost DC/DC变换器具有升压功能，可大大减少蓄电池的用量，降低蓄电池的投资以及运行维护成本。本实用新型系统结构紧凑，实用性强。
附图说明
图1为本实用新型中压电机动力UPS系统结构示意图；
图2为本实用新型中压电机动力UPS中储能升压单元中交错并联Boost DC/DC变换器示意图；
图3为本实用新型中压电机动力UPS中储能升压单元中单片机控制电路示意图；
图4为本实用新型中压电机动力UPS中储能升压单元中驱动放大电路示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式和附图对本实用新型作进一步说明。
如图1所示，本实用新型用于中压电机的动力UPS系统，该系统包括高低高变频单元、检修旁路单元和储能升压单元，其中，高低高变频单元包括依次串联的降压变压器、整流器、逆变器和升压变压器，整流器与逆变器构成高低高变频单元的变频器，储能升压单元包括储能设备、交错并联Boost DC/DC变换器、输出二极管、单片机控制电路以及驱动放大电路，其中，储能设备、交错并联Boost DC/DC变换器和输出二极管依次连接，单片机控制电路的输出端与驱动放大电路连接，驱动放大电路的输出端与所述交错并联Boost DC/DC变换器连接，检修旁路单元和高低高变频单元并联于中压交流电路中，储能升压单元的输出端与整流器和逆变器之间的直流母线连接；系统中降压变压器连接中压交流电路的输入端，系统中升压变压器的输出端连接中压交流电路的输出端。
高低高变频单元中的降压变压器，用于动力UPS系统正常工作时将输入的中压交流电变换为低压交流电输出到整流器；整流器，用于将输入的低压交流电变换为幅度基本不变的直流电，输出到逆变器；逆变器，用于将直流电变换为三相低压交流电，输出至升压变压器；升压变压器，用于将三相低压交流电变换为三相中压交流电，因此在交流电网正常运行状态下，高低高变频单元由交流电网供电，输出三相中压交流电，给负载（中压电机）供电。
储能升压单元中储能设备（输出为直流电）作为储能升压单元中两路交错并联Boost变换器的输入能量来源，通过两路交错并联的Boost DC/DC变换器对储能设备输出的直流电进行升压，两路交错并联的Boost DC/DC变换器通过输出二极管与高低高变频单元的直流母线端相连，当交流电网发生电压暂降、短时中断或长时停电时，储能设备提供的直流电通过输出二极管向高低高变频单元的直流母线供电，起到输出隔离的作用，从而实现负载（中压电机）的不间断运行；储能升压单元中的单片机控制电路输出控制信号，通过驱动放大电路控制两路交错并联的Boost DC/DC 变换器功率管的开关，储能升压单元中两路交错并联的Boost DC/DC 变换器的功率管均选用英飞凌IGBT模块。
单片机控制电路的输出端输出PWM信号，PWM信号分别通过两路驱动放大电路输出驱动脉冲Qd1，Qd2，分别输出至交错并联Boost DC/DC变换器的开关管Q1、Q2的触发端，以控制Q1、Q2的开通和关断；
如图2所示，两路交错并联Boost DC/DC变换器两功率管Q1，Q2的导通占空比相等，Q2滞后Q1二分之一个开关周期导通，其中，Uin为输入电压，Uo为输出电压，第一路Boost DC/DC电路由L1、C1、C2、 Q1、 D1构成，L1为电感，C1、C2为电容，功率管Q1选用IGBT模块，二极管D1选用快恢复二极管；与第一路Boost DC/DC电路交错并联的第二路Boost DC/DC电路由L2、C3、C4、 Q2、 D2构成，L2为电感，C3、C4为电容，功率管Q2选用IGBT模块，二极管D2选用快恢复二极管；
如图3所示，单片机控制电路设有电压输入端Ui和电压输出端Uo，电压输入端Ui串联电阻R1、电阻R2后接地，电压输出端Uo串联电阻R3、电阻R4后接地，单片机包括AN0端口和AN1端口，电阻R1和电阻R2之间连接AN0端口，电阻R3和电阻R4之间连接AN1端口，单片机还包括PWM信号输出端口和AN2端口，单片机通过AN2端口与电阻R5串联接地，同时单片机通过AN2端口采集MOS管电流，单片机通过端口1接地，单片机通过端口2接5V电压端，单片机还包括端口3和端口4，单片机的端口3和端口4分别与晶振连接；
如图4所示，驱动放大电路包括光电耦合器，光电耦合器中包括发光二极管D1，光电耦合器的一个输入端连接PWM信号输入端，光电耦合器的另一个输入端口接地（数字地），光电耦合器的第一个输出端口连接5V电压端（模拟电源），第二个输出端口串联电阻R2与驱动脉冲信号输出端连接，第三个输出端口分别与电容C1的一端、接地端（模拟地）和整流二极管VD1的一端连接，整流二极管VD1的另一端连接驱动脉冲信号输出端，电容C1的一端与光电耦合器的第三个输出端口连接，电容C1的另一端接5V电压端（模拟电源），发光二极管D1的一端接地，发光二极管D1的另一端串联电阻R1连接PWM信号输入端。驱动放大电路中的光电耦合器能够实现输入输出间的互相隔离。
当电网出现故障引起电压暂降、短时中断或长时停电时，高低高变频单元供电切换为储能升压单元供电，切换时间小于200us，具体过程如下：通常要求储能设备的输出电压要低于Boost DC/DC变换器的输出电压，通过单片机控制电路来采样储能设备的输出电压信号，然后单片机通过程序运算给出交错并联Boost变换器功率管的驱动信号，交错并联的Boost变换器开始工作，实现升压作用，其输出为稳定的直流电；当高低高变频单元的交流输入电压正常时，高低高变频单元的直流母线电压大于储能升压单元的输出电压，输出二极管反向截止，储能升压单元处于待机状态；当交流电网出现电压暂降、短时中断或长时停电时，高低高变频单元的直流母线电压就会下降，此时输出二极管正向导通，因此交错并联的Boost变换器输出的直流电就会输出至高低高变频单元的直流母线端，为其提供电压支撑，通过直流逆变电路保证了高低高变频单元不会因交流电压的下降而停机，从而保证了其所拖动的负载（中压电机）的不间断运行；当交流电网电压恢复正常后，输出二极管反向截止，储能升压单元自动退出支撑，为下次出现电压暂降、短时中断或长时停电做好准备。
另外，本实用新型的系统当高低高变频单元直流母线端出现输入异常（即高低高变频单元交流输入异常且储能升压单元出现故障）或高低高变频单元故障时，则供电线路切换至检修旁路回路，切换时间小于2ms。
本实用新型系统还包括RS-485通讯接口和人机交互界面，人机交互界面通过RS-485接口与单片机控制电路相连；人机交互界面能够直观显示各部件及检修旁路单元的实际运行状态，特别是逆变器是否正常、储能升压单元是否投入运行的指示灯；本实用新型还可通过人机交互界面和RS-485通讯接口对其进行远程智能控制。
现有技术中UPS系统电压不高，只有380V，本实用新型可给直流母线提供DC750-1050的电压，另外，由于交错并联Boost DC/DC变换器具有升压功能，可大大减少蓄电池的用量，降低蓄电池的投资以及运行维护成本。
上述实施方式为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受所述实施例的限制，其他任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种用于中压电机的动力UPS系统，其特征在于：该系统包括高低高变频单元、检修旁路单元和储能升压单元，所述检修旁路单元和高低高变频单元并联于中压交流电路中，所述储能升压单元的输出端与所述高低高变频单元的直流母线连接。
2.根据权利要求1所述的用于中压电机的动力UPS系统，其特征在于：所述高低高变频单元包括依次串联的降压变压器、整流器、逆变器和升压变压器，所述整流器与逆变器构成所述高低高变频单元的变频器，所述储能升压单元的输出端连接在所述整流器和逆变器之间的直流母线上。
3.根据权利要求1所述的用于中压电机的动力UPS系统，其特征在于：所述储能升压单元包括储能设备、交错并联Boost DC/DC变换器、输出二极管、单片机控制电路以及驱动放大电路，其中，所述储能设备、交错并联Boost DC/DC变换器和输出二极管依次连接，所述单片机控制电路的输出端与所述驱动放大电路连接，所述驱动放大电路的输出端与所述交错并联Boost DC/DC变换器连接。
4.根据权利要求3所述的用于中压电机的动力UPS系统，其特征在于：所述单片机控制电路设有电压输入端Ui和电压输出端Uo，电压输入端Ui串联电阻R1、电阻R2后接地，电压输出端Uo串联电阻R3、电阻R4后接地，单片机包括AN0端口和AN1端口，电阻R1和电阻R2之间连接AN0端口，电阻R3和电阻R4之间连接AN1端口，单片机还包括PWM信号输出端口和AN2端口，单片机通过AN2端口与电阻R5串联接地，单片机通过AN2端口采集MOS管电流，单片机通过端口1接地，单片机通过端口2接5V电压端，单片机还包括端口3和端口4，单片机的端口3和端口4分别与晶振连接。
5.根据权利要求3所述的用于中压电机的动力UPS系统，其特征在于：所述驱动放大电路包括光电耦合器，所述光电耦合器中包括发光二极管D1，光电耦合器的一个输入端连接PWM信号输入端，光电耦合器的另一个输入端口接地，光电耦合器的一个输出端口连接5V电压端，第二个输出端口串联电阻R2与驱动脉冲信号输出端连接，第三个输出端口分别与电容C1的一端、接地端和整流二极管VD1的一端连接，整流二极管VD1的另一端连接驱动脉冲信号输出端，电容C1的一端与光电耦合器的第三个输出端口连接，电容C1的另一端接5V电压端，发光二极管D1的一端接地，发光二极管D1的另一端串联电阻R1 连接PWM信号输入端。
6.根据权利要求3所述的用于中压电机的动力UPS系统，其特征在于：两路所述交错并联的Boost DC/DC变换器的功率管为英飞凌IGBT模块。
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|---|---|---|---|---|
| CN107492946A (zh) * | 2016-06-12 | 2017-12-19 | 周锡卫 | 一种双向可控的不间断供电系统 |
| CN110011398A (zh) * | 2019-03-15 | 2019-07-12 | 全球能源互联网研究院有限公司 | 一种逆变装置及逆变电源 |
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