一种三相变频调速系统选型方法、装置及可读存储介质与流程

本发明涉及调速系统技术领域，特别是一种三相变频调速系统选型方法、装置及计算机可读存储介质。

背景技术：

在低压配电网中，电网故障、雷击、高空飘物以及其它因素都可能会造成电力用户出现电压暂降事故。三相变频调速系统是工业用户常用的生产设备，由于具有良好的调速性能以及较好的经济性获得了广泛的应用。然而变频器是一种对电压暂降十分敏感的设备，在电压暂降深度超过30％，持续时间超过几十微秒变频器就会因为欠压保护跳闸。近几年来，由于电压暂降造成变频器跳闸，引起的电能质量事故越来越多，造成的经济损失也越来越大。

在常规的变频器设计中，变频器的整流电路、逆变电路的功率器件是根据变频器的额定功率进行选择的，然而，在变频器工作在电网电压暂降情况下，功率器件中流过的电流，功率器件两端承受的电压，以及直流侧滤波电容的电压脉动范围都会发生明显的变化，当超出了相关的保护定值时变频器跳闸，生产线不能正常运行。

为了提高变频器的电压暂降耐受能力，现有的方式往往是增加电压暂降补偿设备，主要可以分为直流方案和交流方案。直流方案是当检测到电网发生电压暂降时，在变频器的直流母线上投入一个储能装置(如蓄电池)，由蓄电池提供负载所需的能量；交流方案是在交流侧增加储能装置，当电网电压暂降时由储能装置向变频器供电。因此，无论是直流方案还是交流方案都需要增加储能设备以及切换开关，这些环节的不正常工作都会导致变频器调速系统工作异常，因此降低了整体的可靠性。并且由于储能的价格较高，因此这些方案的经济性都不够好。

技术实现要素：

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明的目的就是提供一种三相变频调速系统选型方法、装置及计算机可读存储介质，实现合理选择调速系统各组成器件的相关参数，增强设备运行的可靠性，提高生产效益。

本发明的目的之一是通过这样的技术方案实现的，一种三相变频调速系统选型方法，包括如下步骤：

根据预先确定的三相变频调速系统交流侧电压暂降的最大深度以及三相变频调速系统模型确定整流二极管的额定参数；

根据三相变频调速系统的直流滤波电容纹波限值与变频器欠压保护定值确定三相变频调速系统直流侧的电容取值；

根据三相变频调速系统直流侧的电容电压和负载功率确定逆变器开关器件的耐压参数；

根据所述额定参数、所述电容取值和所述耐压参数确定所述三相变频调速系统。

可选的，所述预先确定三相变频调速系统交流侧电压暂降的最大深度，包括：

根据统计数据确定三相变频调速系统交流侧电压暂降的所述最大深度，或

将所述最大深度按照某一项电压降为0v处理。

可选的，所述预先确定三相变频调速系统模型，包括：

对三相变频调速系统进行负载等效以获得所述三相变频调速系统模型。

可选的，所述根据预先确定的三相变频调速系统交流侧电压暂降的最大深度以及三相变频调速系统模型确定整流二极管的额定参数，包括：

根据预先确定的三相变频调速系统交流侧电压暂降的最大深度以及三相变频调速系统模型计算整流二极管的耐压值和电流额定值。

可选的，所述根据三相变频调速系统的直流滤波电容纹波限值与变频器欠压保护定值确定三相变频调速系统直流侧的电容取值，包括：

根据三相变频调速系统的直流滤波电容纹波的下限值高于变频器欠压保护定值确定三相变频调速系统直流侧的电容取值。

可选的，所述根据三相变频调速系统直流侧的电容电压和负载功率确定逆变器开关器件的耐压参数，包括：

根据三相变频调速系统直流侧的电容电压的平均值和负载功率确定逆变器开关器件的耐压值和耐流值。

可选的，所述根据所述额定参数、所述电容取值和所述耐压参数确定所述三相变频调速系统之后，还包括：

通过仿真或试验对所获得的所述三相变频调速系统进行验证。

本发明的目的之二是通过这样的技术方案实现的，一种三相变频调速系统选型装置，包括：

额定参数计算单元，用于根据预先确定的三相变频调速系统交流侧电压暂降的最大深度以及三相变频调速系统模型确定整流二极管的额定参数；

电容取值计算单元，用于根据三相变频调速系统的直流滤波电容纹波限值与变频器欠压保护定值确定三相变频调速系统直流侧的电容取值；

耐压参数计算单元，用于根据三相变频调速系统直流侧的电容电压和负载功率确定逆变器开关器件的耐压参数；

选型单元，用于根据所述额定参数、所述电容取值和所述耐压参数确定所述三相变频调速系统。

本发明的目的之三是通过这样的技术方案实现的，一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有信息传递的实现程序，所述程序被处理器执行时实现前述的三相变频调速系统选型方法。

由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：本发明方法引入三相变频调速系统交流侧电压暂降的最大深度，三相变频调速系统的直流滤波电容纹波限值以及三相变频调速系统直流侧的电容电压和负载功率来对三相变频调速系统的组成部件进行选型，从而可以合理的选择功率器件的相关参数以及直流滤波电容的参数值，通过本发明方法获得的三相变频调速系统能够免疫电网单相电压暂降，极大地增强设备运行的可靠性，提高生产效益。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。

附图说明

本发明的附图说明如下：

图1为本发明第一实施例流程图；

图2为本发明第二实施例三相变频调速系统原理图；

图3为本发明第二实施例流程图；

图4为本发明第二实施例交流输入电压及整流电路输出电压；

图5为本发明第二实施例负载等效后的电路图；

图6为本发明第二实施例仿真获得的交流输入电压及整流电路输出电压。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

实施例一

本发明第一实施例提出一种三相变频调速系统选型方法，如图1所示，包括如下步骤：

s10、根据预先确定的三相变频调速系统交流侧电压暂降的最大深度以及三相变频调速系统模型确定整流二极管的额定参数；

s20、根据三相变频调速系统的直流滤波电容纹波限值与变频器欠压保护定值确定三相变频调速系统直流侧的电容取值；

s30、根据三相变频调速系统直流侧的电容电压和负载功率确定逆变器开关器件的耐压参数；

s40、根据所述额定参数、所述电容取值和所述耐压参数确定所述三相变频调速系统。

本发明方法引入三相变频调速系统交流侧电压暂降的最大深度，三相变频调速系统的直流滤波电容纹波限值以及三相变频调速系统直流侧的电容电压和负载功率来对三相变频调速系统的组成部件进行选型，从而可以合理的选择功率器件的相关参数以及直流滤波电容的参数值，通过本发明方法获得的三相变频调速系统能够免疫电网单相电压暂降，极大地增强设备运行的可靠性，提高生产效益。

可选的，所述预先确定三相变频调速系统交流侧电压暂降的最大深度，包括：

根据统计数据确定三相变频调速系统交流侧电压暂降的所述最大深度，或

将所述最大深度按照某一项电压降为0v处理。

具体的说，在本实施例中，根据统计数据确定三相变频调速系统交流侧电压暂降的最大深度，如果没有统计数据也可以令某一相电压直接降为0v。

可选的，所述预先确定三相变频调速系统模型，包括：

对三相变频调速系统进行负载等效以获得所述三相变频调速系统模型。

具体的说，在本实施例中，可以根据负载功率将逆变器及电机负载等效成一个阻抗，简化系统的模型，由此获得计算所需的三相变频调速系统模型。

可选的，所述根据预先确定的三相变频调速系统交流侧电压暂降的最大深度以及三相变频调速系统模型确定整流二极管的额定参数，包括：

据预先确定的三相变频调速系统交流侧电压暂降的最大深度以及三相变频调速系统模型计算整流二极管的耐压值和电流额定值。

可选的，所述根据三相变频调速系统的直流滤波电容纹波限值与变频器欠压保护定值确定三相变频调速系统直流侧的电容取值，包括：

根据三相变频调速系统的直流滤波电容纹波的下限值高于变频器欠压保护定值确定三相变频调速系统直流侧的电容取值。

具体的，本实施例中，根据前述确定的电压暂降深度和三相变频调速系统模型，计算流过整流二极管耐压值和电流额定值，根据直流滤波电容纹波的下限值高于变频器欠压保护定值计算直流侧电容的取值。

可选的，所述根据三相变频调速系统直流侧的电容电压和负载功率确定逆变器开关器件的耐压参数，包括：

根据三相变频调速系统直流侧的电容电压的平均值和负载功率确定逆变器开关器件的耐压值和耐流值。

具体的，本实施例中，根据直流侧电容电压的平均值和负载功率计算逆变器开关器件的耐压值和耐流值。

可选的，，所述根据所述额定参数、所述电容取值和所述耐压参数确定所述三相变频调速系统之后，还包括：

通过仿真或试验对所获得的所述三相变频调速系统进行验证。

具体的说，在获取到各个器件的参数之后，本实施例中，采用试验或者仿真的方法对系统进行验证，以确定系统的性能。

综上，本发明方法首先根据三相变频调速系统交流侧电压暂降的最大深度，计算整流二极管的最大耐压耐流值，通过合理选择整流二极管的参数，使得在发生单相电压暂降事故时整流电路能够耐受增大的电流；根据直流滤波电容纹波的下限值高于变频器欠压保护定值计算直流侧电容的取值，可以保证在单相电压暂降发生时直流侧电容不会因电压过低导致欠压保护跳闸；据直流侧电容电压的平均值和负载功率计算逆变器开关器件的耐压耐流值使得在单相电压暂降工作状态下，逆变器能够正常工作。

本发明方法针对三相变频调速系统交流侧单相电压暂降最严重的工作状态进行分析，通过合理选择硬件系统的参数使得三相变频调速系统对电网单相电压暂降免疫能力显著提高，相比于现有三相变频调速系统电压暂降补偿技术方法，本发明方法不需要增加新的设备提高了系统运行的可靠性，不需要额外的储能装置，降低了整体成本。

实施例二

本发明第二实施例提出一种三相变频调速系统选型方法的实施案例，如图3所示，本实施案例基于图2所示的三相变频调速系统原理图，包括如下步骤：

s00、确定三相变频调速系统交流侧电压暂降的最大深度、确定三相变频调速系统模型；

在本实施案例中，直接考虑单相电压暂降最严重情况，直接令r相相电压直接降为0v，即：

ur＝0v(1)

根据负载功率将逆变器及电机负载等效成一个阻抗，简化系统的模型以获得三相变频调速系统模型：

假设本实施案例中，负载为恒转矩负载t＝10n*m，额定转速为r＝1000r/min，则负载功率为：

ur＝0v时，三相交流电压波形以及整流电路的输出电压如图4所示，根据图4可以求得整流电路输出电压的平均值：

对于输出功率为p(忽略了摩擦造成的功率损耗)的逆变器及电机负载，本实施案例中将其直流侧输入阻抗用一个电阻r等效，满足：

由此，图5所示，可以获得简化后的三相变频调速系统模型。

s10、根据三相变频调速系统交流侧电压暂降的最大深度以及三相变频调速系统模型确定整流二极管的额定参数；

计算流过整流二极管额定参数，包括耐压值和电流额定值，步骤如下；

根据图4，整流器中二级管承受的最大电压um为us-ut的最大值，其中：

可得，在ωt＝0时：

um≈539v(6)

按照二极管的耐压值选择原则，可以选择二极管的耐压值为：

uvd＝2*um＝1078v(7)

整流器直流电流的平均值为：

根据um的时间以及us-ut与直流平均电压相等的时间的差值，可以求出二极管导通的时间t1：

可以取整流二极管的额定值为平均值的2倍。

s20、确定直流侧电容的取值；

本实施例中，令直流电压纹波的最小值为：

umin＝udav(1-θ),θ∈(0,1)(10)

根据某型号变频器欠压保护的要求，直流母线电压低于额定电压70％时，欠压保护跳闸，因此可以取：θ＝0.3。

为了保证单相电压暂降时变频器不跳闸，电容放电至最低电压是应该高于umin，即：

τ是时间常数，t2是电容放电时间。可以求得c＝9.12*10^-5，防止其它干扰造成系统跳闸留有一定裕度，取直流侧电容的额定值为：

c1＝1.5*c＝1.37*10^-4(12)

s30、根据三相变频调速系统直流侧的电容电压和负载功率确定逆变器开关器件的耐压参数；

本实施例中，igbt耐压值为：

ui＝2um＝1078v(13)

本实施例中，igbt电流额定值为：

ii＝1.5iav＝0.42a(14)

s40、根据所述额定参数，电容取值和耐压参数设计三相变频调速系统。

基于前述获得的器件参数设计三相变频调速系统。

s50、采用试验或者仿真的方法对系统进行验证

根据上述参数建立三相变频调速系统采用试验或者仿真进行验证，仿真中令r相电压为0试验结果如图6所示，直流侧电容电压一直工作在umin上方，整流电路以及逆变电路也没有因为超过额定值保护动作，证明本设计方案是有效的。

本发明方法通过对比三相变频调速系统正常运行时与电网单相短路故障运行时的特点，推导了功率器件流过的电流的平均值，以及两端承受电压的情况，从而可以合理的选择功率器件的相关参数。然后推导了故障后直流侧电压的纹波的解析表达式并与变频器欠压保护定值结合，推导出了直流滤波电容的参数值。通过该设计方法设计的三相变频调速系统能够免疫电网单相电压暂降，极大地增强了设备运行的可靠性，提高了生产效益。

实施例三

本发明第三实施例提出一种三相变频调速系统选型装置，包括：

额定参数计算单元，用于根据预先确定的三相变频调速系统交流侧电压暂降的最大深度以及三相变频调速系统模型计算整流二极管的额定参数；

电容取值计算单元，用于根据三相变频调速系统的直流滤波电容纹波限值与变频器欠压保护定值确定三相变频调速系统直流侧的电容取值；

耐压参数计算单元，用于根据三相变频调速系统直流侧的电容电压和负载功率确定逆变器开关器件的耐压参数；

选型单元，用于根据所述额定参数，电容取值和耐压参数设计三相变频调速系统。

本发明装置获得的三相变频调速系统能够免疫电网单相电压暂降，极大地增强了设备运行的可靠性，提高了生产效益。

实施例四

本发明第三实施例提出一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有信息传递的实现程序，所述程序被处理器执行时实现前述的三相变频调速系统选型方法。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的保护范围之内。