CN208955904U - 四象限防爆变频器调速控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种新型四象限防爆变频器调速控制系统，该系统电网连接充电接触器进线端口,充电接触器与充电电阻并联,充电接触器出线端口连接回馈正弦电抗器装置与输入接触器串联接入回馈逆变单元,回馈逆变单元输出接输出接触器与dv/dt滤波器装置串联后通过电缆接入电动机。其中回馈逆变单元内部为独立通用结构，内部由回馈单元和逆变单元组成,通过直流母排并联，并且可扩展n≥1个单元，单元内由可控电力电子器件实现AC/DC相互转换，可实现自动切除故障单元继续运行并报警，AC/DC相互转换，转矩和转速四象限运行，提高系统可靠性。

Description

四象限防爆变频器调速控制系统

技术领域

本实用新型涉及一种四象限防爆变频器调速系统，尤其涉及一种四象变频器调速系统电网回馈技术及尖峰电压抑制技术。

背景技术

防爆变频器所用环境多为矿井、化工等环境较苛刻地方，一般采用全封闭铁壳防爆结构，对设备可靠性要求极高，维护困难。防爆变频器机型如果选用通用变频器，由二极管整流加能耗制动的方式，存在的问题是：较大谐波注入电网，影响周边用电设备可靠性；母线电压不易控制进而造成能量浪费。如果选用四象限防爆变频器，输入滤波采用LCL方式，体积大，运行可靠性低；并且变频器输出未使用dv/dt滤波器，变频器输出端经过较长的电缆后在电机端产生过高的尖峰电压，此尖峰电压可达到变频器直流母线电压的2倍甚至更高，破坏电机绝缘和回馈单元以及逆变单元模块间耐压，严重时使变频器内部模块损坏或电机烧毁，对安全带来极大危害。

发明内容

针对现有技术的弊端，本实用新型要解决的技术问题是提供一种四象限防爆变频器调速控制系统，通过可控整流将能量回馈电网，节能并且减小谐波注入电网，提高了实用性和可靠性。

为解决上述技术问题，本实用新型系统包括变频器A1与同样包括变频器An 的扩展单元n并联,该电网连接充电接触器进线端口,充电接触器与充电电阻并联, 充电接触器出线端口连接回馈正弦电抗器装置与输入接触器串联接入变频器A1, 变频器A1输出接输出接触器与dv/dt滤波器装置串联后通过电缆接入电动机；对于扩展单元n输入端连接充电接触器的输出，扩展单元n输出接入dv/dt滤波器装置的输入接口。

作为本实用新型的一种优选电路结构，回馈单元和逆变单元由可控电力半导体器件组成，其变频器A1内部是独立通用单元,由回馈单元和逆变单元组合而成，通过直流母排并联，可扩展n≥1个单元，即回馈单元(5n)和逆变单元(6n)，实现冗余及功率的扩展。

本实用新型变频器采用通用单元并联冗余拓扑结构，扩展单元n的输出并联无需加dv/dt滤波器装置，输出无环流。

作为本实用新型的进一步改进，dv/dt滤波器装置由功率电阻R1、R2、R3，滤波电容C1、C2、C3，输出电抗器L1、L2、L3，组合为LRC型滤波器。当变频器输出连接长电缆时，抑制了电机端过高的尖峰电压，使输出电压无过冲的高电压，输出电流谐波小，降低了电机噪音，延长了电机寿命。

本实用新型还可以实现自动切除故障单元，旁路单元继续运行并提示故障单元信号，使整个系统的稳定性、可靠性得以提升。

下面结合附图和本实用新型的实施方式作进一步详细说明。

附图说明

图1 是本实用新型一种四象限防爆变频器调速系统示意图

图2 是图1所示调速系统的冗余及扩展示意图

图3 是图1所示调速系统的输出dv/dt滤波器装置电路图

具体实施方式

如图1和图2所示，变频器A1及An中的单元控制板采用直流母线供电，输入接触器4、输出接触器7、输入接触器4n、输出接触器7n都采用常闭方式，即此接触器都采取电磁保持；电网经过充电电阻2给母线充电，当母线电压上升到额定值的80%电压时，单元控制板给充电接触器1控制板信号,使充电接触器1吸合，充电电阻2断开，上电完成，主控制系统自检正常后发出就绪信号。

以变频器A1为例，图2示出了回馈单元5和逆变单元6分别通过光纤与主控板通讯，触摸屏与主控板通过通讯控制与监视单元状态，启动后回馈单元5先运行起来，经过母线电压稳定，然后逆变单元6运行，变频器输出正弦PWM波形；当电动机9处于电动状态则整个系统就向电网吸收功率，当电动机9处于发电状态时，回馈单元5就往电网回馈能量，这样始终保持母线电压在一个稳定的值，回馈单元5输出正弦PWM波，经过正弦滤波器滤波成正弦波形，保持电压与电流相位接近0度，电流接近正弦波形，与电网交换能量，实现电压谐波与电流谐波小于5%。

变频器A1与An包括回馈单元5、5n与逆变单元6、6n，可由n个单元构成，组成单元并联的方式，单元A1到单元An内部的直流母排互相连接，这样就保证母线电压一致，单元母线之间连接采用磁保持常闭接触器，主控板通过FPGA将控制信号通过光纤发给各单元中的单元控制板，单元控制板采用CPLD解码方式，使各单元逆变驱动PWM信号保持一致，各单元输出波形的相位时间差值在100ns范围内，由于母线互相连接，则输出之间无电压差，相位几乎接近0，测得各单元输出之间均流一致，无环流，变频器中的状态信息通过光纤传给主控板，然后在触摸屏上显示。当某一单元出现故障时，变频器中单元控制板检测到故障信息，则单元控制板让控制电路中处于故障单元输入输出接触器及母线连接接触器切断，让接触器处于断开状态，保持单元的输入与输出与其他单元互不影响，使故障单元与电网、运行中的其他单元保持完全电气隔离，非故障单元继续运行，这样不管是扩容还是冗余设计都保证了系统的实用性和可靠性。

防爆变频器输出为PWM电压波形，由电缆传输到电动机9时，电缆电感与线缆之间的杂散电容会产生过高的尖峰电压，防爆变频器输出连接dv/dt滤波器装置8。如图3，该装置主要由功率电阻R1、R2、R3，滤波电容C1、C2、C3，输出电抗器L1、L2、L3,组合为LRC型滤波器,分别串联后在滤波电容侧接成星型接法，电阻侧连接到电抗器L1、L2、L3，电抗器串入防爆变频器的输出端。接入的dv/dt滤波器装置8是为了补偿电缆线分布电容的影响, 减小电机端尖峰电压，并能抑制变频器输出的谐波，起到减小变频器噪音的作用。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些也应视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (4)

1.一种四象限防爆变频器调速控制系统，该系统包括变频器A1与同样包括变频器An的扩展单元n并联,其特征在于：电网连接充电接触器(1)进线端口,充电接触器(1)与充电电阻(2)并联, 充电接触器(1)出线端口连接回馈正弦电抗器装置(3)与输入接触器(4)串联接入所述变频器A1, 变频器A1输出接输出接触器(7)与dv/dt滤波器装置(8)串联后通过电缆接入电动机(9)；所述扩展单元n输入端连接于充电接触器(1)的输出，扩展单元n输出接入dv/dt滤波器装置(8)的输入接口。

2.根据权利要求1所述的四象限防爆变频器调速控制系统，其特征在于：所述变频器A1内部是独立通用单元，由回馈单元(5)和逆变单元(6)组成,通过直流母排并联扩展n≥1个单元, 即回馈单元(5n)和逆变单元(6n)。

3.根据权利要求1或2所述的四象限防爆变频器调速控制系统，其特征在于：所述扩展单元n的输出并联无需加dv/dt滤波器装置(8)，输出无环流。

4.根据权利要求1所述的四象限防爆变频器调速控制系统，其特征在于：所述dv/dt滤波器装置(8)包括功率电阻R1、R2、R3，滤波电容C1、C2、C3，输出电抗器L1、L2、L3，组合为LRC型滤波器。