一种多电源直流母线交换器的制作方法

1.本实用新型属于母线交换器技术领域，尤其是涉及一种多电源直流母线交换器。


背景技术：

2.变频器在现代发展中发挥着不可替代的作用。在一些应用场景中，需要运用数量众多的变频器，每台变频器单独驱动一台电机。根据现有变频器驱动的电气回路，需要将所有变频器都与三相交流电源连接，构成电气连接回路，但这样造成各个变频器相互独立、消耗电能多、再生电能不能得到利用。
3.目前，已有针对单一变频器设置相应的储能设备，用于回收电机在刹车或者反转时的反馈电能。但该种方式需要为每台变频器配置储能设备，增大了运营成本。而采用多变频器直接并联则由于多个变频器由于其内阻、功率、工况的不同，导致会出现一种情况，就是有可能出现炸机现象。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本实用新型旨在提出一种多电源直流母线交换器，以解决现有技术中存在的多变频器直接并联容易产生炸机现象的技术问题。
5.为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：
6.一种多电源直流母线交换器，包括：母线和至少两个变频器和与变频器分别驱动的电机，所述至少两个变频器并联连接，且与所述母线电连接，所述多电源直流母线交换器还包括：
7.低压总线和高压总线，所述至少两个变频器分别通过低压总线和高压总线并联连接，所述高压总线与所述低压总线电连接；
8.低压总线单向控流器，所述低压总线单向控流器，用于对低压总线的电流流向进行单向控制，以使得电流从所述低压总线向变频器流动，所述低压总线单向控流器一端与变频器电连接，另一端与所述低压总线电连接；
9.高压总线单向控流器，用于对高压总线的电流流向进行单向控制，以使得电流从所述变频器向高压总线流动，所述高压总线单向控流器一端与所述变频器电连接，另一端与所述高压总线电连接。
10.dc/dc转换单元和储能设备，所述dc/dc转换单元的输入端与所述高压总线电连接，所述dc/dc转换单元的输出端与所述母线的负极电连接，所述储能设备的输入端与所述dc/dc转换单元的输出端电连接，所述储能设备的输出端与所述dc/dc转换单元的输入端电连接；
11.泄放电阻，所述泄放电阻与所述高压总线电连接。
12.进一步的，所述多电源直流母线交换器还包括：
13.控制器和高速开关，所述高速开关一端与所述低压总线电连接，另一端与所述高压总线电连接，所述控制器用于接收所述dc/dc转换单元发送的高压总线电压，并根据所述
高压总线电压控制所述高速开关的通断。
14.进一步的，所述单向控流器为耐高压二极管。
15.进一步的，所述高速开关为igbt或接触器。
16.更进一步的，所述控制器为plc或嵌入式芯片。
17.相对于现有技术，本实用新型所述的多电源直流母线交换器具有以下优势：本实用新型所述的多电源直流母线交换器，通过设置分别连接变频器输出端和输入端的高压总线和低压总线，并分别在低压总线和高压总线与变频器之间设有单向控流器，有效控制电机反转或者刹车产生的电能流动方向，并可在电压超过高于变频器输入的最大可接受电压时，或者在超过高压总线最大可接受电压时自动截止。在充分利用电机反转或者刹车产生的电能的情况下，有效保证变频器的安全，避免由于输入电压过高产生的炸机现象。
附图说明
18.构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
19.图1为本实用新型实施例所述的多电源直流母线交换器的结构示意图；
20.图2为本实用新型实施例优选实施方式所述的多电源直流母线交换器的回收电能第一流向示意图；
21.图3为本实用新型实施例优选实施方式所述的多电源直流母线交换器的回收电能第二流向示意图；
22.图4为本实用新型实施例优选实施方式所述的多电源直流母线交换器的回收电能第三流向示意图；
23.图5为本实用新型实施例优选实施方式所述的多电源直流母线交换器的回收电能第四流向示意图。
24.附图标记说明：
[0025]1‑
母线；2
‑
变频器；3
‑
电机；4
‑
高压总线；5
‑
低压总线；6
‑
高压总线单向控流器；7
‑
低压总线单向控流器；8
‑
dc/dc转换单元；9
‑
储能设备；10
‑
控制器；11
‑
高速开关；12
‑
泄放电阻。
具体实施方式
[0026]
需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0027]
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另
有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
[0028]
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
[0029]
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。
[0030]
图1是本实用新型实施例所述的多电源直流母线交换器的结构示意图，参见图1，所述母线和至少两个变频器和与变频器分别驱动的电机，所述至少两个变频器并联连接，且与所述母线电连接，低压总线和高压总线，所述至少两个变频器分别通过低压总线和高压总线并联连接，所述高压总线与所述低压总线电连接；低压总线单向控流器，所述低压总线单向控流器，用于对低压总线的电流流向进行单向控制，以使得电流从所述低压总线向变频器流动，所述低压总线单向控流器一端与变频器电连接，另一端与所述低压总线电连接；高压总线单向控流器，用于对高压总线的电流流向进行单向控制，以使得电流从所述变频器向高压总线流动，所述高压总线单向控流器一端与所述变频器电连接，另一端与所述高压总线电连接。
[0031]
在本实施例中，所述母线可以为交流母线，交流母线向变频器提供电能。所述变频器可以将交流电通过逆变、整流、调频等方式驱动电机运转。同一母线可为多个变频器提供电能。
[0032]
在本实施例中，由于电机受各种工况影响，经常会发生刹车或者反转等现象。在此种情况下，电机会产生电能。在该种情况下，电机和变频器可视为电源。为了提升电能的使用效率，可以额外增加一条母线线路，将电机刹车或者反转所取得的电能输出作为其它组变频器的电源使用。但由于并联有多组变频器和电机，会导致输出的电压超出变频器接受的最大电压。例如：第二组变频器会受到第一组和第三组变频器产生的电能的叠加效果从而接收到超出其接受能力的电压，进而导致出现炸机情况。
[0033]
为避免上述情况，在本实施例中，所述多电源直流母线交换器可以包括：两条母线，分别为低压总线和高压总线，所述高压总线可用于收集电机刹车或者反转产生的回收电能，所述低压总线可用于将回收电能输送给各个变频器。所述高压总线可以在连接最后一个变频器后与所述低压总线电连接，并且每个变频器与高压总线并联。以使得所述高压总线向各个变频器提供的电能流向一致，避免由于电压叠加产生的变频器炸机的情况。
[0034]
此外，由于在高压总线和变频器之间设有高压总线单向控流器，在低压总线与变频器之间设有低压总线单向控流器，可以利用单向控流器的单向瞬态控流作用，可以有效避免低压总线上过高的电压对变频器产生冲击，防止出现变频器炸机现象的发生。
[0035]
在本实施例中，所述高压总线单向控流器和低压总线单向控流器可以采用耐高压二极管。其采用高压硅堆技术，可承受2000v的高压。具有高浪涌、耐大电流冲击；高反压、低正向、雪崩击穿保护； 响应快、效率高、超快恢复时间；耐潮湿、高绝缘等特性。适用于多电源直流母线交换器的应用环境，能够满足相应的要求。
[0036]
此外，由于高压总线可能提供较高电压的电源，超过所有变频器的最大接收电压。导致回收的电能无法利用。因此，所述多电源直流母线交换器还可包括：dc/dc转换单元和
储能设备，所述dc/dc转换单元的输入端与所述高压总线电连接，所述dc/dc转换单元的输出端与所述母线的负极电连接，所述储能设备的输入端与所述dc/dc转换单元的输出端电连接，所述储能设备的输出端与所述dc/dc转换单元的输入端电连接。为充分利用回收电能，所述多电源直流母线交换器利用储能设备进行回收电能的存储。dc/dc转换器分为三类：升压型dc/dc转换器、降压型dc/dc转换器以及升降压型dc/dc转换器。在本实施例中，利用dc/dc转换单元可进行降压处理，并将高压总线的电能电压降低到储能设备可接受的范围内。dc/dc转换单元的输出端与所述母线的负极电连接，可以形成电源回路，通过dc/dc转换单元可有效提高回收电能的使用率。可以在电压较高时，对回收电能进行存储，在变频器工作时，将存储的电能释放。充分利用回收电能。
[0037]
在一些特殊的极端条件下，回收电能会产生较强的电流，在无负载或者负载较低的情况下，高压总线上的电压过高，也不适于储能设备，为保证整体电路和设备的安全，所述多电源直流母线交换器还包括：泄放电阻，所述泄放电阻与所述高压总线电连接。所述泄放电阻具有高阻抗性，可以有效降低高压总线的电压，将多余电能进行排放，保证设备的安全。
[0038]
在本实施例的一个优选实施方式中，所述多电源直流母线交换器还包括：控制器和高速开关，所述高速开关一端与所述低压总线电连接，另一端与所述高压总线电连接，所述控制器用于接收所述dc/dc转换单元发送的高压总线电压，并根据所述高压总线电压控制所述高速开关的通断。示例性的，所述控制器可以为plc或嵌入式芯片，利用dc/dc转换单元可以测得高压总线上的电压。在高压总线上的电压处于不同电压值时，对高速开关的通断进行控制。所述高速开关可以为igbt或接触器。为便于描述，可以将高压总线电压分为v0~v1为初始状态电压；v1~v2为内循环电压；v2~v3为储能电压；v3以上为泄放电压。且v0＜v1＜v2＜v3。图2为本实用新型实施例优选实施方式所述的多电源直流母线交换器的回收电能第一流向示意图，参见图2，在电压处于v1~v2时，高压总线将回收电能通过高速开关输送到低压总线，供变频器使用回收电能。图3为本实用新型实施例优选实施方式所述的多电源直流母线交换器的回收电能第二流向示意图，参见图3，当高压总线电压持续升高至v2~v3区间电压时，控制器控制所述高速开关闭合，将回收电能通过dc/dc转换单元存入储能设备。图4为本实用新型实施例优选实施方式所述的多电源直流母线交换器的回收电能第三流向示意图，参见图4，在高压总线电压高于v3时，控制器控制所述高速开关闭合，回收电能进入泄放电阻，保证设备安全。图5为本实用新型实施例优选实施方式所述的多电源直流母线交换器的回收电能第四流向示意图，在电压低于v1时，控制器控制所述高速开关打开，利用储能设备向所述母线供电，实现利用储能设备向变频器供电。
[0039]
通过控制器控制高速开关其具体实现方式可以利用现有技术实现，例如《电工技术：理论与实践》“基于plc的断路器控制设计”(2015第2期) 所公开的方案实现。
[0040]
利用上述控制方式，可以针对高压总线的电压情况，对回收电能进行分别处理，以达到最大利用回收电能的目的。
[0041]
本实用新型所述的多电源直流母线交换器，通过设置分别连接变频器输出端和输入端的高压总线和低压总线，并分别在低压总线和高压总线与变频器之间设有单向控流器，有效控制电机反转或者刹车产生的电能流动方向，并可在电压超过高于变频器输入的最大可接受电压时，或者在超过高压总线最大可接受电压时自动截止。在充分利用电机反
转或者刹车产生的电能的情况下，有效保证变频器的安全，避免由于输入电压过高产生的炸机现象。并可根据高压总线的电压，分别对应将其输入低压总线供变频器使用、将其输入储能设备，和将其通过泄放电阻分压三种处理情况。在保证变频器和电机等设备安全的前提下，最大化利用回收电能。
[0042]
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。