一种变频器低电压穿越装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种变频器低电压穿越装置，属于变频器的低电压穿越【技术领域】，该装置在系统电压跌落时保证变频器及其拖动电机系统的转速、功率、转矩不变。电磁接触器KM3分别与直流进线端和一个电流传感器CT1连接，BOOST升压电感L2的输入端分别与两个电流传感器CT1连接，断路器SW1分别与交流进线端和并联连接的电磁接触器KM1和电磁接触器KM2的一端连接，滤波电抗器L1分别与三相整流桥TBRG和并联连接的电磁接触器KM1和电磁接触器KM2的另一端连接，三相整流桥TBRG与另一个电流传感器CT1连接，绝缘栅双极型晶体管IGBT分别与电流传感器CT2、二极管D2、三相整流桥TBRG和BOOST升压电感L2连接。本实用新型主要用在变频器低电压穿越技术中。
【专利说明】一种变频器低电压穿越装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及变频器的低电压穿越【技术领域】，尤其涉及一种变频器低电压穿越
>J-U ρ?α装直。
【背景技术】
[0002]随着电力电子技术的发展，变频器以其调速精确，使用简单，保护齐全等特点广泛应用于油井、电厂、钢厂等辅机调速控制系统中。变频器的应用不仅降低了油井、电厂、钢厂等用户的能耗，同时也提高了设备的自动化程度。由于电力电子器件的应用，变频器均带有低电压跳闸保护，电网电压的波动往往会带来变频器的退出运行，从而造成事故的扩大。
[0003]近年来油井、电厂、钢厂等陆续发生了多起由系统低电压故障造成机组跳机的事故。在此类事故中，油井、电厂、钢厂的内部或外部故障(雷击、电气设备短路、接地等)，引起电网电压短时跌落，跌落幅度超过15%、持续时间较短，此类故障的发生，原本不应引起辅机的退出，但由于其关键辅机的变频器设备不具备低电压功能，触发了辅机拖动变频器的低电压保护，变频器闭锁输出，辅机停机，最终导致了电机组的跳机。此类故障期间的非计划跳机，一方面影响油井、电厂、钢厂等生产的连续性和经济性，并造成油井、电厂、钢厂等电机设备或发电设备损坏，另一方面会进一步对电力系统造成冲击，加剧系统故障程度，严重影响电力系统的安全稳定运行。
[0004]例如，电厂由电压暂降引发跳机的问题，引起了电网公司的高度重视，国家电网公司和南方电网公司调度中心，均下发了对机组辅机安全隐患排查的通知。东北电网公司首先对电厂等重要运行辅机低电压穿越能力提出了具体的要求:要求重要辅机的变频拖动系统，在系统电压跌落至20%且持续5s的情况下，具备完备可靠的低电压穿越能力，确保系统故障时发电机组不因低电压穿越能力不足而跳闸。
实用新型内容
[0005]本实用新型是为了解决现有变频器低电压穿越的不足，提供一种在系统电压跌落时保证变频器及其拖动电机系统的转速、功率、转矩不变的一种变频器低电压穿越装置。
[0006]为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案:
[0007]—种变频器低电压穿越装置，包括:直流进线端、交流进线端、变频器I直流端子、变频器2直流端子、断路器SWl、电磁接触器KMl、电磁接触器KM2、电磁接触器KM3、滤波电抗器L1、三相整流桥TBRG、两个电流传感器CTl、电流传感器CT2、BOOST升压电感L2，绝缘栅双极型晶体管IGBT、电流传感器CT2、二极管D1、二极管D2、二极管D3、熔断器FU1、熔断器FU2、熔断器FU3、熔断器FU4。断路器SW2、断路器SW3、IGBT适配板驱动盒和信号调节板；直流进线端连接在电磁接触器KM3的一端上，电磁接触器KM3的另一端连接在一个电流传感器CTl的一端上，该电流传感器CTl的另一端连接在BOOST升压电感L2的输入端上；交流进线端连接在断路器SWl的一端上，断路器SWl的另一端连接在并联连接的电磁接触器KMl和电磁接触器KM2的一端上，并联连接的电磁接触器KMl和电磁接触器KM2的另一端连接在滤波电抗器LI的输入端上，滤波电抗器LI的输出端连接在三相整流桥TBRG的输入端上；三相整流桥TBRG的正极输出端连接在另一个电流传感器CTl的一端上，该电流传感器CTl的另一端连接在BOOST升压电感L2的输入端上；三相整流桥TBRG的负极输出端连接在绝缘栅双极型晶体管IGBT的负极输入端上，BOOST升压电感L2的输出端连接在绝缘栅双极型晶体管IGBT的正极输入端上；绝缘栅双极型晶体管IGBT的正极输出端连接在电流传感器CT2的一端上，电流传感器CT2的另一端连接在二极管Dl的正极端上，二极管Dl的负极端连接在二极管D3的正极端上，二极管D3的负极端一号输出口连接在熔断器FUl的一端上，二极管D3的负极端二号输出口连接在熔断器FU3的一端上，绝缘栅双极型晶体管IGBT的负极输出端连接在二极管D2的负极端上，二极管D2的正极端分别连接在熔断器FU2的一端和熔断器FU4的一端上；熔断器FUl的另一端连接在断路器SW2的正极输入端上，熔断器FU2的另一端连接在断路器SW2的负极输入端上，熔断器FU3的另一端连接在断路器SW3的正极输入端上，熔断器FU4的另一端连接在断路器SW3的负极输入端上；断路器SW2的正极输出端连接在变频器I直流端子的正极端，断路器SW2的负极输出端连接在变频器I直流端子的负极端；断路器SW3的正极输出端连接在变频器2直流端子的正极端，断路器SW3的负极输出端连接在变频器2直流端子的负极端；双极型晶体管IGBT上的各个接口与IGBT适配板驱动盒上的各个接口对应连接，IGBT适配板驱动盒上的调试接口与信号调节板连接。
[0008]本方案的低电压穿越装置的控制目标为在系统电压跌落时保证变频器及其拖动电机系统的转速、功率、转矩不变。该装置能实现交流380V和直流220V输入双备份，当交流母线出现故障而断路或电压跌落至低于20%时，装置仍能接收厂用蓄电池组提供的直流220V供电，保证其BOOST升压后输出的电压稳定可靠，满足所带变频器的供电需求，进而保障辅机与发电机组连续稳定运行，确保机网安全。
[0009]其控制原理如下:在系统电压正常的状态下，变频器母线电压正常且变频器正常工作，电能通过交流送电回路送入变频器交流输入端子，满足低电压穿越装置伺服条件，通过装置中的中央控制单元向断路器、电动开关(电磁接触器KMl、电磁接触器KM2、电磁接触器KM3)等执行单元发出合闸命令，此时直流回路处于伺服状态，不参与变频器运行。
[0010]在系统电压发生跌落时，装置内置的控制系统实时监测到此电压跌落趋势，当下降至低于要求的额定电压，装置瞬时投入运行。通过BOOST升压回路将跌落的交流电压提升到500V直流电压，在此期间若交流电压出现断路或跌落过低(低于正常值20%时)，装置将自动接入备用的直流220V电源，通过BOOST升压回路将其提升到500V，通过变频器的直流母线对变频器供电，使其维持到可保证变频器输出功率、电机转矩、电机转速均不变的电压水平。
[0011]在系统电压跌落结束，系统电压恢复正常后，装置停止运行，升压回路退出工作状态，恢复到伺服状态，变频器的供电仍由三相交流送电回路提供。
[0012]作为优选，在三相整流桥TBRG的正极输出端和三相整流桥TBRG的负极输出端之间连接有薄膜电容Cl，在绝缘栅双极型晶体管IGBT的正极输出端和绝缘栅双极型晶体管IGBT的负极输出端之间连接有薄膜电容C2、金属膜电容C3、金属膜电容C4和金属膜电容C5，并且薄膜电容C2、金属膜电容C3、金属膜电容C4和金属膜电容C5为并联连接。这种结构具有滤波作用，稳定性好。
[0013]作为优选，在电磁接触器KM3与电流传感器CTl的连线上串联连接有电阻CR1，在电磁接触器KM2的三相输出端中的其中第一相输出端与滤波电抗器LI的连线上串联连接有另一个电阻CRl，在电磁接触器KM2的三相输出端中的其中第三相输出端与滤波电抗器LI的连线上串联连接有电阻CR3。这种电路具有保护功能，稳定性好，安全性高。
[0014]本实用新型能达到如下效果:
[0015]1、本实用新型在系统电压跌落时保证变频器及其拖动电机系统的转速、功率、转矩不变。能实现交流380V和直流220V输入双备份，当交流母线出现故障而断路或电压跌落至低于20%时，装置仍能接收厂用蓄电池组提供的直流220V供电，保证其BOOST升压后输出的电压稳定可靠，满足所带变频器的供电需求，进而保障辅机与发电机组连续稳定运行，确保机网安全。
[0016]2、本实用新型安全可靠、灵敏度高、有自检功能、接线简单。
[0017]3、该装置是在电网出现低电压异常情况时使用，绝大部分时间处于待命状态，在拓扑内增加了电压防反单元，使其输出端比负载直流两端电压稍低6?8V，这样当电网正常时，变频器的功率由交流母线供给，可大大提高装置的使用寿命。
[0018]4、交、直流输入电源双备份。本发明可同时接收交流380V和直流220V的电源输入，通过后面的BOOST升压回路将电压提升至直流520V，两路电源互为备用，并且优先级可设置。直流220V电源直接接入油井、电厂、钢厂等内蓄电池组，为低电压穿越装置的正常工作增加一道防线，能够更可靠的保证油井、电厂、钢厂等机组的关键辅机安全稳定运行。
[0019]5、采用高效能、非晶合金材质电感。本发明所使用电感的磁芯为非晶合金铁心，该新型材料的使用，可大大提高电感效能，为高频化提供了技术支撑，同时极大的缩小了体积，是常规高频、大感值电抗器体积的三分之一。
[0020]6、采用耐高压、高纹波电流能力金属膜电容。本装置使用最新的电容技术，其本体可承受高达1100V的电压。其有效使用寿命在85摄氏度时，长达10万小时以上，有效保障了系统的可靠性。
[0021]7、完善的保护机制。该装置自身带过流、短路、防雷、防浪涌保护，具有自检、复位、紧急停止，能量自泄放控制单元功能。具有运行状态，故障状态等指示状态。可大大提高装置的整体性能及安全可靠性。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1是本实用新型的一种电路原理连接结构示意图。
【具体实施方式】
[0023]下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。
[0024]实施例:一种变频器低电压穿越装置，参见图1所示，包括:直流进线端、交流进线端、变频器I直流端子、变频器2直流端子、断路器SWl、电磁接触器KMl、电磁接触器KM2、电磁接触器KM3、滤波电抗器L1、三相整流桥TBRG、两个电流传感器CT1、电流传感器CT2、BOOST升压电感L2，绝缘栅双极型晶体管IGBT、电流传感器CT2、二极管Dl、二极管D2、二极管D3、熔断器FUl、熔断器FU2、熔断器FU3、熔断器FU4。断路器SW2、断路器SW3、IGBT适配板驱动盒和信号调节板；直流进线端连接在电磁接触器KM3的一端上，电磁接触器KM3的另一端连接在一个电流传感器CTl的一端上，该电流传感器CTl的另一端连接在BOOST升压电感L2的输入端上；交流进线端连接在断路器SWl的一端上，断路器SWl的另一端连接在并联连接的电磁接触器KMl和电磁接触器KM2的一端上，并联连接的电磁接触器KMl和电磁接触器KM2的另一端连接在滤波电抗器LI的输入端上，滤波电抗器LI的输出端连接在三相整流桥TBRG的输入端上；三相整流桥TBRG的正极输出端连接在另一个电流传感器CTl的一端上，该电流传感器CTl的另一端连接在BOOST升压电感L2的输入端上；三相整流桥TBRG的负极输出端连接在绝缘栅双极型晶体管IGBT的负极输入端上，BOOST升压电感L2的输出端连接在绝缘栅双极型晶体管IGBT的正极输入端上；绝缘栅双极型晶体管IGBT的正极输出端连接在电流传感器CT2的一端上，电流传感器CT2的另一端连接在二极管Dl的正极端上，二极管Dl的负极端连接在二极管D3的正极端上，二极管D3的负极端一号输出口连接在熔断器FUl的一端上，二极管D3的负极端二号输出口连接在熔断器FU3的一端上，绝缘栅双极型晶体管IGBT的负极输出端连接在二极管D2的负极端上，二极管D2的正极端分别连接在熔断器FU2的一端和熔断器FU4的一端上；熔断器FUl的另一端连接在断路器SW2的正极输入端上，熔断器FU2的另一端连接在断路器SW2的负极输入端上，熔断器FU3的另一端连接在断路器SW3的正极输入端上，熔断器FU4的另一端连接在断路器SW3的负极输入端上；断路器SW2的正极输出端连接在变频器I直流端子的正极端，断路器SW2的负极输出端连接在变频器I直流端子的负极端；断路器SW3的正极输出端连接在变频器2直流端子的正极端，断路器SW3的负极输出端连接在变频器2直流端子的负极端；双极型晶体管IGBT上的各个接口与IGBT适配板驱动盒上的各个接口对应连接，IGBT适配板驱动盒上的调试接口与信号调节板连接。
[0025]在三相整流桥TBRG的正极输出端和三相整流桥TBRG的负极输出端之间连接有薄膜电容Cl，在绝缘栅双极型晶体管IGBT的正极输出端和绝缘栅双极型晶体管IGBT的负极输出端之间连接有薄膜电容C2、金属膜电容C3、金属膜电容C4和金属膜电容C5，并且薄膜电容C2、金属膜电容C3、金属膜电容C4和金属膜电容C5为并联连接。
[0026]在电磁接触器KM3与电流传感器CTl的连线上串联连接有电阻CR1，在电磁接触器KM2的三相输出端中的其中第一相输出端与滤波电抗器LI的连线上串联连接有另一个电阻CR1，在电磁接触器KM2的三相输出端中的其中第三相输出端与滤波电抗器LI的连线上串联连接有电阻CR3。
[0027]本实施例的低电压穿越装置的控制目标为在系统电压跌落时保证变频器及其拖动电机系统的转速、功率、转矩不变。该装置能实现交流380V和直流220V输入双备份，当交流母线出现故障而断路或电压跌落至低于20%时，装置仍能接收厂用蓄电池组提供的直流220V供电，保证其BOOST升压后输出的电压稳定可靠，满足所带变频器的供电需求，进而保障辅机与发电机组连续稳定运行，确保机网安全。
[0028]其控制原理如下:在系统电压正常的状态下，变频器母线电压正常且变频器正常工作，电能通过交流送电回路送入变频器交流输入端子，满足低电压穿越装置伺服条件，通过装置中的中央控制单元向断路器、电动开关(电磁接触器KMl、电磁接触器KM2、电磁接触器KM3)等执行单元发出合闸命令，此时直流回路处于伺服状态，不参与变频器运行。
[0029]在系统电压发生跌落时，装置内置的控制系统实时监测到此电压跌落趋势，当下降至低于要求的额定电压，装置瞬时投入运行。通过BOOST升压回路将跌落的交流电压提升到500V直流电压，在此期间若交流电压出现断路或跌落过低(低于正常值20%时)，装置将自动接入备用的直流220V电源，通过BOOST升压回路将其提升到500V，通过变频器的直流母线对变频器供电，使其维持到可保证变频器输出功率、电机转矩、电机转速均不变的电压水平。
[0030]在系统电压跌落结束，系统电压恢复正常后，装置停止运行，升压回路退出工作状态，恢复到伺服状态，变频器的供电仍由三相交流送电回路提供。
[0031]本实施例在运行过程中可能会出现以下四种工作模式:运行模式、自检模式、停机模式、故障模式。
[0032](I)运行模式
[0033]装置在运行模式下有两种工作状态:升压工作状态、伺服工作状态。“升压工作状态”是指装置在电网电源发生跌落时，低电压穿越装置可以将输入的交流或直流电压进行BOOST升压操作，输出给变频器直流母线稳定的直流电压，维持变频器正常工作；“伺服工作状态”是指在电网电源正常时或者从异常状态恢复正常时，低电压穿越装置不为变频器输出直流电源，电能由油井、电厂、钢厂等内供电交流母线直接提供给变频器交流输入。
[0034](2)自检模式，
[0035]为了保证装置可靠稳定运行，装置可执行以下两种自检操作:
[0036]I)上电自检:当装置上电起机、交流接触器闭合之后，系统将进行上电自检。上电自检主要针对控制电路板的各项控制功能，自检时间长度为6秒钟，若功能正常将自动进入运行状态，“运行灯”保持点亮；若系统有故障，则断开交流输入接触器，柜门上的“故障灯”亮起并同时输出故障信号。
[0037]2)手动自检:在伺服工作模式下，按下柜体正门的“自检”按钮，装置进入手动自检状态，时间持续30秒钟。这期间装置将自动执行直流升压操作，如果在设定的时间内达到了期望电压阀值，表示自检正常，装置将退出升压工作模式，保持伺服工作模式；若自检有故障，装置将控制交流输入接触器断开，“故障灯”亮起并同时输出故障信号。
[0038](3)停机模式
[0039]停机模式是指低电压穿越装置处于停止输出，不再监视、追踪电网及负载状态的状态。如下情况系统会进入到停机状态:
[0040]I)无三相交流电源或直流电源输入；当外接三相输入交流380V电源或直流输入220V电源均掉电时，系统自动判定不具备工作条件，将进入到停机状态；
[0041]2)当初次上电，系统在自检前进入的一种状态；
[0042]3)按下紧急按钮开关时，低电压穿越装置会自动执行封锁功率转换单元脉冲、跳交流接触器，点亮停机指示灯，系统进入停机状态。
[0043](4)故障模式
[0044]故障模式是指低电压穿越装置发生故障时，系统自动进入自我保护的一种模式，此时将闭锁直流输出，不会对变频器正常工作产生影响。装置发生故障时，系统会执行如下控制逻辑指令:封锁功率器件触发脉冲、跳主回路交流接触器、点亮故障灯、输出故障信号，系统进入故障报警状态。
[0045]故障消除有两种方式:
[0046]I)若已排除故障，可按下柜体上的“复位按钮”消除故障状态，系统将在5秒内自动接入主回路电源，并先后经历停机状态、自检状态、正常后再次尝试进入伺服运行模式；
[0047]2)若故障出现后无人为介入，系统会在5分钟后尝试进入伺服工作模式，若故障未排除，系统会在5分钟后再次进入故障模式，如果连续5次均进入故障模式，系统会停止尝试进入伺服工作模式，保持故障模式，直到故障排除，方可通过“复位按钮”消除故障状态。
[0048]本实施例配置有完善的保护功能，保护范围交叉重叠，没有死区，能确保在各种故障情况下的系统安全。
[0049]上面结合附图描述了本实用新型的实施方式，但实现时不受上述实施例限制，本领域普通技术人员可以在所附权利要求的范围内做出各种变化或修改。
【权利要求】
1.一种变频器低电压穿越装置，其特征在于，包括:直流进线端、交流进线端、变频器I直流端子、变频器2直流端子、断路器SW1、电磁接触器KM1、电磁接触器KM2、电磁接触器KM3、滤波电抗器L1、三相整流桥TBRG、两个电流传感器CT1、电流传感器CT2、B00ST升压电感L2，绝缘栅双极型晶体管IGBT、电流传感器CT2、二极管Dl、二极管D2、二极管D3、熔断器FUl、熔断器FU2、熔断器FU3、熔断器FU4，断路器SW2、断路器SW3、IGBT适配板驱动盒和信号调节板； 直流进线端连接在电磁接触器KM3的一端上，电磁接触器KM3的另一端连接在一个电流传感器CTl的一端上，该电流传感器CTl的另一端连接在BOOST升压电感L2的输入端上； 交流进线端连接在断路器SWl的一端上，断路器SWl的另一端连接在并联连接的电磁接触器KMl和电磁接触器KM2的一端上，并联连接的电磁接触器KMl和电磁接触器KM2的另一端连接在滤波电抗器LI的输入端上，滤波电抗器LI的输出端连接在三相整流桥TBRG的输入端上； 三相整流桥TBRG的正极输出端连接在另一个电流传感器CTl的一端上，该电流传感器CTl的另一端连接在BOOST升压电感L2的输入端上；三相整流桥TBRG的负极输出端连接在绝缘栅双极型晶体管IGBT的负极输入端上，BOOST升压电感L2的输出端连接在绝缘栅双极型晶体管IGBT的正极输入端上； 绝缘栅双极型晶体管IGBT的正极输出端连接在电流传感器CT2的一端上，电流传感器CT2的另一端连接在二极管Dl的正极端上，二极管Dl的负极端连接在二极管D3的正极端上，二极管D3的负极端一号输出口连接在熔断器FUl的一端上,二极管D3的负极端二号输出口连接在熔断器FU3的一端上，绝缘栅双极型晶体管IGBT的负极输出端连接在二极管D2的负极端上，二极管D2的正极端分别连接在熔断器FU2的一端和熔断器FU4的一端上； 熔断器FUl的另一端连接在断路器SW2的正极输入端上，熔断器FU2的另一端连接在断路器SW2的负极输入端上，熔断器FU3的另一端连接在断路器SW3的正极输入端上，熔断器FU4的另一端连接在断路器SW3的负极输入端上； 断路器SW2的正极输出端连接在变频器I直流端子的正极端，断路器SW2的负极输出端连接在变频器I直流端子的负极端；断路器SW3的正极输出端连接在变频器2直流端子的正极端，断路器SW3的负极输出端连接在变频器2直流端子的负极端； 双极型晶体管IGBT上的各个接口与IGBT适配板驱动盒上的各个接口对应连接，IGBT适配板驱动盒上的调试接口与信号调节板连接。
2.根据权利要求1所述的一种变频器低电压穿越装置，其特征在于，在三相整流桥TBRG的正极输出端和三相整流桥TBRG的负极输出端之间连接有薄膜电容Cl，在绝缘栅双极型晶体管IGBT的正极输出端和绝缘栅双极型晶体管IGBT的负极输出端之间连接有薄膜电容C2、金属膜电容C3、金属膜电容C4和金属膜电容C5，并且薄膜电容C2、金属膜电容C3、金属膜电容C4和金属膜电容C5为并联连接。
3.根据权利要求1或2所述的一种变频器低电压穿越装置，其特征在于，在电磁接触器KM3与电流传感器CTl的连线上串联连接有电阻CRl，在电磁接触器KM2的三相输出端中的其中第一相输出端与滤波电抗器LI的连线上串联连接有另一个电阻CR1，在电磁接触器KM2的三相输出端中的其中第三相输出端与滤波电抗器LI的连线上串联连接有电阻CR3。
【文档编号】H02M1/00GK203984225SQ201420376645
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年7月9日 优先权日:2014年7月9日
【发明者】童杨雷 申请人:浙江锐帆电力科技有限公司