CN214124839U - 一种燃机黑启动启动电机用双通道变频器电路 - Google Patents

Abstract

一种燃机黑启动启动电机用双通道变频器电路，涉及变频控制技术领域，解决如何在降低成本、减小安装空间的基础上设计一种燃机黑启动启动电机用双通道变频器电路以提高黑启动电气系统可靠性；通过双通道变频器的第一、第二功率单元，第一、第二控制单元与多个开关相配合，实现对第一启动电机M1、第二启动电机M2的冗余控制；正常运行时，双通道变频器仅一个通道工作，另一通道热备用，当工作通道故障时，立刻切除故障通道，备用通道立即转为工作通道，实现变频器故障顺利切换到正常运行状态；增加了变频运行可靠性；只增加一套控制单元和功率单元，相对于增加一套完整的变频器成本大为降低，同时大大减少变频器安装空间。

Description

一种燃机黑启动启动电机用双通道变频器电路

技术领域

本实用新型涉及变频控制技术领域，更具体涉及一种燃机黑启动启动电机用双通道变频器电路。

背景技术

黑启动是指电力系统在系统全停的情况下，利用系统内具有自启动能力的机组或系统外电源逐步恢复系统正常运行的过程。黑启动常采用燃机和水电机组，相对于水电机组，燃机启动过程需要大功率启动电机拖动。启动电机如果采用直接启动，燃机黑启动电源容量不足时将导致黑启动失败。增加黑启动容量将导致成本大幅提高，因此采用高压变频器拖动启动电机将大大降低黑启动成本。

高压变频器指的是串联叠加性高压变频器，即通过采用多台单相逆变器串联连接，输出可变频变压的高压交流电。高压变频器有几部分组成：主回路主要由三相或单相整流桥、平滑电容器、滤波电容器、IPM逆变桥、限流电阻、接触器等元件组成。

图1是为黑启动电气系统图，当外网母线失电时，燃机厂用母线将失电，燃机辅机将无法运行。此时通过黑启动电源为燃机厂用母线供电，母线上高压变频器将拖动启动电机和燃机转动。当燃机达到自持转速后，启动电机和变频器将退出。

如图2所示，目前的黑启动电气系统一般采用变频器冗余热备份的方式来保证黑启动的可靠性；但是一台启动电机一般配置一台高压变频器，由于高压变频器内电力电子元件较多，容易发生功率元件击穿事故，导致变频器瘫痪，最终黑启动失败；且每台启动电机配置一整套高压变频器，成本大大增加，同时配置多套高压变频器需要很大的安装孔空间。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于如何在降低成本、减小安装空间的基础上设计一种燃机黑启动启动电机用双通道变频器电路以提高黑启动电气系统的可靠性。

本实用新型是通过以下技术方案解决上述技术问题的：

一种燃机黑启动启动电机用双通道变频器电路，包括：电机电源、开关柜开关K1、第一启动电机M1、第二启动电机M2、移相整流变压器进线开关K2、双通道变频器、电机工频运行开关K3、变频器通道一输出电源开关K4、变频器通道二输出电源开关K5、第一电机变频运行开关K6、第二电机变频运行开关K7；所述的电机电源与开关柜开关K1连接，电机工频运行开关K3的一端与开关柜开关K1连接、另一端与第一启动电机M1连接；所述的双通道变频器包括移相整流变压器T1、第一功率单元(S11)、第二功率单元(S21)、第一控制单元(S12)、第二控制单元(S22)；所述的第一功率单元(S11)与第二功率单元(S21)分别与移相整流变压器T1连接，第一功率单元(S11)与第二功率单元(S21)共用一个移相整流变压器T1；所述的第一控制单元(S12)与第一功率单元(S11)连接；所述的第二控制单元(S22)与第二功率单元(S21)连接；移相整流变压器进线开关K2的一端连接在开关柜开关K1与电机工频运行开关K3的连接公共点、另一端与移相整流变压器T1的一次侧连接；变频器通道一输出电源开关K4与第一电机变频运行开关K6串联，变频器通道一输出电源开关K4的非串联端与第一功率单元(S11)连接，第一电机变频运行开关K6的非串联端与第一启动电机M1连接；变频器通道二输出电源开关K5与第二电机变频运行开关K7串联，变频器通道二输出电源开关K5的非串联端与第二功率单元(S21)连接，第二电机变频运行开关K7的非串联端与第二启动电机M2连接；变频器通道一输出电源开关K4、第一电机变频运行开关K6的串联公共点与变频器通道二输出电源开关K5、第二电机变频运行开关K7的串联公共点采用导线连接。

通过双通道变频器的第一功率单元(S11)、第二功率单元(S21)、第一控制单元(S12)、第二控制单元(S22)与电机工频运行开关K3、变频器通道一输出电源开关K4、变频器通道二输出电源开关K5、第一电机变频运行开关K6、第二电机变频运行开关K7相配合，实现对第一启动电机M1、第二启动电机M2的冗余控制；正常运行时，双通道变频器仅一个通道工作，另一个通道热备用，当工作通道故障时，立刻切除故障通道，备用通道立即转为工作通道，实现变频器故障顺利切换到正常运行状态；只增加了一套控制单元和功率单元，相对于增加一套完整的变频器成本大为降低，同时大大减少了变频器的安装空间，增加了变频运行的可靠性；此外，电路还可以同时拖动两台电机运行。

作为本实用新型技术方案的进一步改进，第一功率单元(S11)和第二功率单元(S21)的结构相同，均包括多个功率模块；多个功率模块均分为三组，每组依次串联后，三组功率模块的输入端分别与移相整流变压器T1的二次侧三相对应连接，三组功率模块的输出端的正极分别构成U、V、W相，与启动电机的定子连接，输出端的负极连接在一起形成中性点。

作为本实用新型技术方案的进一步改进，所述的功率模块包括三相不控整流电路以及单相逆变桥，移相整流变压器T1二次侧三相交流电压经过三相不控整流电路转变为直流电压，通过单相逆变桥输出频率可变的单相电压。

作为本实用新型技术方案的进一步改进，所述的变频器通道一输出电源开关K4与变频器通道二输出电源开关K5、之间相互闭锁，同一时间仅允许一个开关闭合。

作为本实用新型技术方案的进一步改进，所述的第一电机变频运行开关K6与第二电机变频运行开关K7之间相互闭锁，同一时间仅允许一台电机变频运行。

作为本实用新型技术方案的进一步改进，所述的电机工频运行开关K3与第一电机变频运行开关K6之间相互闭锁，不允许电机同时工频和变频并列运行。

本实用新型的优点在于：

(1)通过双通道变频器的第一功率单元(S11)、第二功率单元(S21)、第一控制单元(S12)、第二控制单元(S22)与电机工频运行开关K3、变频器通道一输出电源开关K4、变频器通道二输出电源开关K5、第一电机变频运行开关K6、第二电机变频运行开关K7相配合，实现对第一启动电机M1、第二启动电机M2的冗余控制；正常运行时，双通道变频器仅一个通道工作，另一个通道热备用，当工作通道故障时，立刻切除故障通道，备用通道立即转为工作通道，实现变频器故障顺利切换到正常运行状态；增加了变频运行的可靠性。

(2)电路只增加了一套控制单元和功率单元，相对于增加一套完整的变频器成本大为降低。

(3)同时大大减少了变频器的安装空间，此外，电路还可以同时拖动两台电机运行。

附图说明

图1为黑启动电气系统图；

图2为传统的冗余热备份的黑启动启动电机电路示意图；

图3为本实用新型实施例的一种燃机黑启动启动电机用双通道变频器电路图；

图4为本实用新型实施例的双通道变频器的电路图；

图5为本实用新型实施例的功率模块的电路图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

下面结合说明书附图以及具体的实施例对本实用新型的技术方案作进一步描述：

实施例一

如图3所示，一种新型燃机黑启动启动电机用双通道变频器电路，包括：电机电源、开关柜开关K1、第一启动电机M1、第二启动电机M2、移相整流变压器进线开关K2、移相整流变压器T1、第一功率单元S11、第一控制单元S12、第二功率单元S21、第二控制单元S22、电机工频运行开关K3、变频器通道一输出电源开关K4、变频器通道二输出电源开关K5、第一电机变频运行开关K6、第二电机变频运行开关K7。

本实施例的电机电源来自6kV开关柜，电机电源与开关柜开关K1连接，电机工频运行开关K3的一端与开关柜开关K1连接、另一端与第一启动电机M1连接；移相整流变压器进线开关K2的一端连接在开关柜开关K1与电机工频运行开关K3的连接公共点、另一端与移相整流变压器T1的原边连接；第一功率单元S11的输入端与移相整流变压器T1的副边连接、输出端与变频器通道一输出电源开关K4连接、控制端与第一控制单元S12连接；第二功率单元S21的输入端与移相整流变压器T1的副边连接、输出端与变频器通道二输出电源开关K5连接、控制端与第二控制单元S22连接；第一电机变频运行开关K6的一端与变频器通道一输出电源开关K4的输出端连接、另一端与第一启动电机M1连接；第二电机变频运行开关K7的一端与变频器通道二输出电源开关K5的输出端连接、另一端与第二启动电机M2连接；变频器通道一输出电源开关K4、第一电机变频运行开关K6之间的连接公共点与变频器通道二输出电源开关K5、第二电机变频运行开关K7之间的连接公共点采用导线连接。

各个开关之间的互锁关系如下：

变频器通道一输出电源开关K4与变频器通道二输出电源开关K5、之间相互闭锁，同一时间仅允许一个开关闭合；第一电机变频运行开关K6与第二电机变频运行开关K7之间相互闭锁，同一时间仅允许一台电机变频运行；电机工频运行开关K3与第一电机变频运行开关K6之间相互闭锁，不允许电机同时工频和变频并列运行。

双通道变频器电路工作原理如下：

1)当黑启动过程启动第一启动电机M1时：开关柜开关K1闭合，检测到开关柜开关K1合闸位置后，移相整流变压器进线开关K2闭合，第一控制单元S12控制第一功率单元S11启动，并闭合变频器通道一输出电源开关K4和第一电机变频运行开关K6，变频器电路的输出频率缓慢上升，第一启动电机M1转速逐渐升至工作转速。

2)当需要变频器启动第二启动电机M2时：变频器电路的输出频率升至工频后，第一电机变频运行开关K6断开，同时电机工频运行开关K3闭合，第一启动电机M1工频运行；变频器电路的输出频率降低至0附近后，闭合第二电机变频运行开关K7，变频器电路的输出频率缓慢上升，第二启动电机M2转速逐渐升至工作转速。

3)当第一功率单元S11故障时，第一控制单元S12立即封锁脉冲，此时跳开变频器通道一输出电源开关K4，同时闭合变频器通道二输出电源开关K5，第二控制单元S22控制第二功率单元S21开始工作，变频器电路的输出频率缓慢上升，第二启动电机M2转速逐渐升至工作转速。

图4为高压变频器结构图，所述的高压变频器包括移相整流变压器T1、第一功率单元S11、第二功率单元S21；所述的第一功率单元S11与第二功率单元S21分别与移相整流变压器T1连接，第一功率单元S11与第二功率单元S21共用一个移相整流变压器T1；第一功率单元S11和第二功率单元S21的结构相同，均包括多个功率模块；多个功率模块均分为三组，每组依次串联后，三组功率模块的输入端分别与移相整流变压器T1的二次侧三相对应连接，三组功率模块的输出端的正极分别构成U、V、W相，与启动电机的定子连接，输出端的负极连接在一起形成中性点。

图5为功率模块内部原理图，包括三相不控整流电路以及IGBT逆变桥，移相整流变压器T1低压侧三相交流电压经过三相不控整流电路转变为直流电压，通过IGBT逆变桥输出频率可变的单相电压。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种燃机黑启动启动电机用双通道变频器电路，其特征在于，包括：电机电源、开关柜开关K1、第一启动电机M1、第二启动电机M2、移相整流变压器进线开关K2、双通道变频器、电机工频运行开关K3、变频器通道一输出电源开关K4、变频器通道二输出电源开关K5、第一电机变频运行开关K6、第二电机变频运行开关K7；所述的电机电源与开关柜开关K1连接，电机工频运行开关K3的一端与开关柜开关K1连接、另一端与第一启动电机M1连接；所述的双通道变频器包括移相整流变压器T1、第一功率单元(S11)、第二功率单元(S21)、第一控制单元(S12)、第二控制单元(S22)；所述的第一功率单元(S11)与第二功率单元(S21)分别与移相整流变压器T1连接，第一功率单元(S11)与第二功率单元(S21)共用一个移相整流变压器T1；所述的第一控制单元(S12)与第一功率单元(S11)连接；所述的第二控制单元(S22)与第二功率单元(S21)连接；移相整流变压器进线开关K2的一端连接在开关柜开关K1与电机工频运行开关K3的连接公共点、另一端与移相整流变压器T1的一次侧连接；变频器通道一输出电源开关K4与第一电机变频运行开关K6串联，变频器通道一输出电源开关K4的非串联端与第一功率单元(S11)连接，第一电机变频运行开关K6的非串联端与第一启动电机M1连接；变频器通道二输出电源开关K5与第二电机变频运行开关K7串联，变频器通道二输出电源开关K5的非串联端与第二功率单元(S21)连接，第二电机变频运行开关K7的非串联端与第二启动电机M2连接；变频器通道一输出电源开关K4、第一电机变频运行开关K6的串联公共点与变频器通道二输出电源开关K5、第二电机变频运行开关K7的串联公共点采用导线连接。

2.根据权利要求1所述的一种燃机黑启动启动电机用双通道变频器电路，其特征在于，第一功率单元(S11)和第二功率单元(S21)的结构相同，均包括多个功率模块；多个功率模块均分为三组，每组依次串联后，三组功率模块的输入端分别与移相整流变压器T1的二次侧三相对应连接，三组功率模块的输出端的正极分别构成U、V、W相，与启动电机的定子连接，输出端的负极连接在一起形成中性点。

3.根据权利要求2所述的一种燃机黑启动启动电机用双通道变频器电路，其特征在于，所述的功率模块包括三相不控整流电路以及单相逆变桥，移相整流变压器T1二次侧三相交流电压经过三相不控整流电路转变为直流电压，通过单相逆变桥输出频率可变的单相电压。

4.根据权利要求1所述的一种燃机黑启动启动电机用双通道变频器电路，其特征在于，所述的变频器通道一输出电源开关K4与变频器通道二输出电源开关K5、之间相互闭锁，同一时间仅允许一个开关闭合。

5.根据权利要求1所述的一种燃机黑启动启动电机用双通道变频器电路，其特征在于，所述的第一电机变频运行开关K6与第二电机变频运行开关K7之间相互闭锁，同一时间仅允许一台电机变频运行。

6.根据权利要求1所述的一种燃机黑启动启动电机用双通道变频器电路，其特征在于，所述的电机工频运行开关K3与第一电机变频运行开关K6之间相互闭锁，不允许电机同时工频和变频并列运行。

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