一种用于电机的变频器电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种用于电机的变频器电路，包括可配置成用于控制在启动模式中从电网向电机供应的市电电源，使得所述电机驱动原动机进行初始化。然后，将该变频器重新配置为所述电路的一部分，使其在所述电机运行为由所述原动机供电的发电机时，向所述电网提供无功功率。
【专利说明】—种用于电机的变频器电路
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及发电机领域，特别地但不仅仅涉及一种使用异步电机的发电机，及其用于电机的变频器电路。
【背景技术】
[0002]众所周知，当准备启动发电机向电网或其他网络供电时，可以将组成该发电机的电机运行为发动机，使原动机转动起来，并使原动机加速。为将所述电机控制在此种电动模式中，需使用变频器控制该电机。所述电机消耗电网提供的电力，驱动原动机。以便使原动机启动起来并加速。达到工作速度后，可以将所述电机配置为由原动机驱动的发电机，并可向电网供电。原动机可以是不同类型的涡轮机和内燃机，但也并不限于此。
[0003]异步电机(如传统的鼠笼式电机)通常被连接到电网，以提供有功功率。
[0004]一个国家或地区的主干电网由主要的大型发电厂控制，例如，由于德国政府规定摆脱使用核能源发电的发电厂，所以电网不再由少数的大型发电厂控制，而是由越来越多的小型配电厂控制。迄今为止，与大型发电厂类似，这些配电厂除了参与有功功率的工作，还需要参与无功功率的工作。
[0005]这样对于电力供应商而言使用基于只能提供有功功率的异步电机的系统时出现了一个重要的问题。而改装发电机，使其具有无功功率输出能力，成本又将会过高。
实用新型内容
[0006]因此，需要有一种低成本、高效益的解决方案，使有功功率发电厂，例如在遵循上述制度的前提下，也能够被转换为输送无功功率。本实用新型公开的实施例适用于上述环境也适用于任何需要无功功率的环境。
[0007]本实用新型提供了一种用于电机的变频器电路，包括被连接配置为从一个节点汲取电力使所述电机运行为发动机的变频器，且当所述电机运行为发电机时，所述变频器还被连接配置为向与所述电机的电力输出端并联的网络提供无功功率。
[0008]上述电路还包括连接在所述变频器和所述节点之间的过滤器，其中所述变频器用于向所述节点供电。
[0009]上述过滤器的一部分为电感器。
[0010]上述电路包括旁路，在所述电路中，所述旁路被配置为连接所述电机的电力输出端和所述节点。
[0011]上所述变频器是绝缘栅双极晶体管型变频器。
[0012]上述节点连接至市电网络。
[0013]上述电机是异步电机。
[0014]另一方面，本实用新型还提供了一种用于电机的变频器电路，包括变频器、控制所述变频器的控制装置、用于监控所述变频器输入端电压的第一电压传感装置和用于监控所述变频器输出端电压的第二电压传感装置，其中，所述第一电压传感装置和所述第二电压传感装置的输出端都连接至所述控制装置，所述电路还包括由所述控制装置控制的开关装置，以便根据来自所述第一电压传感装置和所述第二电压传感装置的信号配置所述变频器输出端的连接。
[0015]上述第一电压传感装置和所述第二电压传感装置是电压数字转换器。
[0016]上述控制装置控制所述变频器的操作和所述开关装置的触发操作。
[0017]上述电路还包括可由所述开关装置配置的旁路电路，用于绕过所述变频器。
[0018]上述控制装置可操作地在所述电压传感装置指示的电压基本相同时使所述旁路电路对所述电压进行响应。
[0019]上述控制装置连接所述变频器。
[0020]根据本实用新型描述的公开实施例，提供了一种从供电电源至供电网络的电力输送电路，包括供电电源、连接在所述电源和所述网络之间的变频器，以及用于配置所述变频器在初始阶段向所述电源供电、并配置所述变频器在供电阶段向所述网络输送无功功率的装置，其中，在所述初始阶段中，所述电源与所述网络同步。
[0021]所述变频器既使向所述网络供电的电源被初始化，又向所述电源提供无功功率。例如，将异步交流电机可运行为发动机，以初始化与所述电机连接的原动机，在所述电机将所述原动机驱动起来并使其加速后，重新配置所述变频器，使其从驱动所述电机转换为向所述网络(如交流电网)提供无功功率。
[0022]已经使用上述实施例中所描述的变频器的系统可经过重新配置向电网提供无功功率，而无需安装另外的无功电源；通过利用已有的变频器实现双重功能，从而较大地节约了成本。
[0023]本实用新型公开的实施例中，变频器既用于驱动异步电机，又用于分配无功功率。
[0024]本实用新型公开了一种用于电机的变频器，包括被连接配置为从一个节点汲取电力使所述电机运行为发动机的变频器，且当所述电机运行为发电机时，所述变频器还被连接配置为向与所述电力输出端并联的网络提供无功功率电能。
[0025]本实用新型还公开了一种用于电机的变频器电路，包括变频器、控制所述变频器的控制装置、用于监控所述变频器输入端电压的第一电压传感装置和用于监控所述变频器输出端电压的第二电压传感装置，其中，所述第一电压传感装置和所述第二电压传感装置的输出端都连接至所述控制装置，所述电路还包括由所述控制装置控制的开关装置，以便根据来自所述第一电压传感装置和所述第二电压传感装置的信号配置所述变频器输出端的连接。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]通过以下对附图的描述，本实用新型实施方式的特征和优点将变得更加容易理解，其中
[0027]图1为变频器电路的电路图，该图显不了系统原理；
[0028]图2为光电耦合器隔离的示意图；以及
[0029]图3为如图1所示的变频器电路的工作流程图，该图显示了软件应用控制。【具体实施方式】
[0030]下面对优选实施方式的描述仅仅是示范性的，而绝不是对本实用新型及其应用或用法的限制。在各个附图中采用相同的附图标记来表示相同的部件，因此相同部件的构造将不再重复描述。
[0031]以下结合附图以及【具体实施方式】对本实用新型的技术方案做进一步说明。
[0032]如图1和图2所示，异步电机10的供电电路连接到电网。在本实施例中,所述供电电路包括变频器12,所述变频器是Control Techniques Limited公司提供的、型号为Unidrive SP的变频器。所述电网以横线14来表示,其通过断路开关16和市电开关18与变频器12相连接。变频器12的输出端与异步电机10连接。旁路开关22绕过所述变频器直接将电机10连接到市电。
[0033]电压数字转换器24用于向变频器12的处理器提供指示市电电网电压的数字信号。转换器24通过信号调节市电电压，并使用光电耦合器为信号接口驱动器提供信号，其中，所述变频器的处理器38从所述信号接口驱动器得到所述数字信号。类似地，电压数字转换器26用于向处理器38提供指示电机10电压的数字信号。所述处理器控制所述变频器的切换操作以及上述开关的触发操作，以便实现对上述电路的重新配置。
[0034]市电过滤器30和市电电感器32串联后一端连接在市电开关18和断路开关16之间，另一端连接在变频器12的输出端上。市电开关34和前端开关36分别控制所述过滤器和电感器与变频器12之间的连接，如图1和图2所示，由于所述电路可适用于多种应用，其中一种典型的场景包括由涡轮机T驱动的电机10，且所述电网14是国家配电网络，提供诸如3AC400V的交流市电电压。与大多数原动机的形式类似，此时，必须使涡轮机在点火之前驱动并加速。可以将变频器12配置成驱动电机10使其运行为发动机并使用从所述电网14汲取的电力，反之，可驱动所述涡轮机加速到所需速度。在所述涡轮机T以自有的电力运转后，重新配置所述电路，使得所述电机10由其驱动，并使所产生的电力输送至电网14作为有功功率。当然，如图1和图2所示的电路与整个控制系统相连接，为清晰起见，图1和图2中未示出该控制系统。如图3所示，变频器12的处理器38在步骤40时确定是否需要启动发动机；在步骤42中，若需要启动发动机,则通过闭合市电开关18和发动机开关20,将变频器12配置为发动机启动操作模式；在步骤44，发动机加速至所需的驱动速度；当步骤46中，发动机10达到同步速度。则在步骤48中，在一段时间内(例如，10秒)，通过电压数字转换器26监控电机输出并输出到处理器38，以确保操作稳定进行，然后，在步骤50中，所述处理器确定所述电机的电压是否与所述电压数字转换器24和26的市电电压相等；当步骤50中确定所述电压基本相等且达到稳定时，则在步骤52中，绕过变频器12，其中，所述变频器的处理器38直接从电压数字转换器24和电压数字转换器26接收电压信号。在传统系统中，所述电网和所述电机输出之间的同步控制会让步于整体控制结构。这必然会涉及到处理时延和传输时延。但是，实际的最佳同步点和触发旁路的时刻之间的毫秒级时延也是至关重要。由于误差以及不完全同步会导致产生较大的浪涌电流。根据图1和图2所示的电路，电压数字转换器24和电压数字转换器26对电压信号的处理、对所述信号后续的本地处理以及旁路开关22的瞬时控制可将处理时延降至最低。结果发现，使用基于变频器12进行本地同步控制对从初始启动阶段切换至上述发电阶段导致的浪涌电流具有明显的有益效果。
[0035]对所述电机电压和市电电压之间的同步进行调节的反应能力是有利、迅速的，从而使得与同步一致的切换操作尽可能地准确。这相对于通过安装在某处的控制系统进行切换处理的现有技术而言，有着极大的提高。从初始化到输送电力至所述电网的切换准确性越高，则由于这两者之间不匹配导致的浪涌电流将越小。步骤54为旁路步骤，即不需要启动上述发动机时，则绕过上述电动模式。通常，在启动阶段使用所述变频器驱动所述电机后，直到下一次启动事件之前，所述变频器均是冗余的。将电机10的输出通过所述旁路电路输送到所述市电。
[0036]根据本实用新型公开的实施例，所述变频器用于分配无功功率。当在步骤48/50中确定同步时，通过闭合旁路开关22并断开开关20来触发所述旁路。电机10的电力输出将绕过所述变频器，所述电机从启动模式进入市电模式。闭合所述开关34和开关36，以向内部电路引进包括过滤器30和电感器32的过滤器组件，这样，将变频器12的输出端与所述市电通过过滤器组件30和32进行连接。通过闭合市电开关34和前端开关36，变频器12通过过滤器30与所述市电连接。所述变频器被供电并运行为所述配电网的无功组件。所述电网包含电感组件。因此，所述变频器直流环节的电容量以及所述电网的电感均能够贮藏电能，及他们之间的交换电能。从所述电路输出到市电14处的电力由于变频器12提供的操作而具有无功组件，所述变频器以前仅在需要启动时在启动模式中使用，直至再次需要启动之前，所述变频器一直处于不活动的状态。将所述电路配置为在两种模式中均使用所述变频器，这种方式极具成本效益，可以将电机先前的有功输出转化为与市电网络兼容的无功输出，且不需要安装新的、向电网配电的无功电源。
[0037]本实用新型提供的电路合并了运转异步电机使之达到同步速度以及分配无功功率所需的功能。所述变频器用于双重目的，即将所述电机控制为发动机，并分配无功功率。
[0038]所述处理器对电压数字转换器24和电压数字转换器26所指示的电压的处理，以及旁路开关的触发操作可以抑制浪涌电流的产生。所述变频器具有电网操作模式和发动机启动模式，可以通过使用同一变频器实现所述双重功能。
[0039]组件清单:
[0040]Kl和K4:市电开关
[0041]K2:发动机开关
[0042]K3:旁路开关
[0043]K5:前端开关
[0044]L1:市电电感器
[0045]Ul:变频器
[0046]U2和U3:电压测量
[0047]Ql:断路开关
[0048]Ml:异步发动机
[0049]Zl:市电过滤器
[0050]变频器详情
[0051]Ul:ControI Techniques (CT)型号为 Unidrive SP 的变频器，配备 CT 的SM-Applicat1n Plus Module,具有使用 CT 的 Sypt Pro Programming 系统编程的Co-Processor
[0052]U2和U3:信号输出，连接U1、模拟InU模拟In2的模拟输入
[0053] K1-K5:由Ul控制的开关。
【权利要求】
1.一种用于电机的变频器电路，其特征在于，包括被连接配置为从一个节点汲取电力使所述电机运行为发动机的变频器，且当所述电机运行为发电机时，所述变频器还被连接配置为向与所述电机的电力输出端并联的网络提供无功功率。
2.如权利要求1所述的电路，其特征在于，还包括连接在所述变频器和所述节点之间的过滤器，其中所述变频器用于向所述节点供电。
3.如权利要求2所述的电路，其特征在于，所述过滤器的一部分为电感器。
4.如权利要求1-3任一所述的电路，其特征在于，包括旁路，在所述电路中，所述旁路被配置为连接所述电机的电力输出端和所述节点。
5.如权利要求1-3任一所述的电路，其特征在于，所述变频器是绝缘栅双极晶体管型变频器。
6.如权利要求1-3任一所述的电路，其特征在于，所述节点连接至市电网络。
7.如权利要求1-3任一所述的电路，其特征在于，所述电机是异步电机。
8.一种用于电机的变频器电路，其特征在于，包括变频器、控制所述变频器的控制装置、用于监控所述变频器输入端电压的第一电压传感装置和用于监控所述变频器输出端电压的第二电压传感装置，其中，所述第一电压传感装置和所述第二电压传感装置的输出端都连接至所述控制装置，所述电路还包括由所述控制装置控制的开关装置，以便根据来自所述第一电压传感装置和所述第二电压传感装置的信号配置所述变频器输出端的连接。
9.如权利要求8所述的电路，其特征在于，所述第一电压传感装置和所述第二电压传感装置是电压数字转换器。
10.如权利要求8所述的电路，其特征在于，所述控制装置控制所述变频器的操作和所述开关装置的触发操作。
11.如权利要求8-10任一所述的电路，其特征在于，包括可由所述开关装置配置的旁路电路，用于绕过所述变频器。
12.如权利要求11所述的电路，其特征在于，所述控制装置可操作地在所述电压传感装置指示的电压基本相同时使所述旁路电路对所述电压进行响应。
13.如权利要求8-10任一所述的电路，其特征在于，所述控制装置连接所述变频器。
【文档编号】H02J3/18GK203968029SQ201420057635
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2014年1月30日 优先权日:2013年2月6日
【发明者】彼得·艾根布罗特 申请人:控制技术有限公司