一种直流母线放电装置的制作方法

1.本发明涉及直流母线放电装置领域。


背景技术：

2.交流变频调速系统是利用现代微电子技术和大功率半导体技术，将电网的交流电整流成直流电，再经过逆变器调制成所需频率的交流电，去驱动电机，让电机按照操作者指令或设备工况所需的最佳速度旋转做功。原理上是一种交-直-交系统，是目前较为成熟的广泛用于起重运输、矿山、制造等行业电力的拖动调速系统。
3.此电控系统有个共同特点，就是直流母线都连接了数量较多的电容，这些电容组合成大容量的电容组，它们起储能、滤波和稳压的作用，使直流母线的直流电压恒定。因电容储能的功能，断电后直流母线电压还很高，不能马上检修，需等待电容完全放电后才可以动手拆卸。如果泄放回路功率较小的话，等待的时间将比较长。
4.目前，用于岸吊的安川(yaskawa)变频器等待时间高达20分钟。尤其在故障排查阶段，需要反复送电断电测试时，造成维修时间很长；


技术实现要素：

5.本发明的目的是针对目前，有些变频器直流母线放电时间较长，造成维修时间很长的不足，提供一种直流母线放电装置，利用该放电装置，可以减少放电时间，节省维修时间。
6.本发明为实现其技术目的所采用的技术方案是：一种直流母线放电装置，包括：设置在直流母线之间一组纯电阻消耗元件；所述的一组纯电阻消耗元件串联在直流母线之间；还包括将串联在直流母线之间的一组纯电阻消耗元件转换为并联在直流母线之间的串-并转换装置，所述的串并转换装置在设定时间以后将串联在直流母线之间的一组纯电阻消耗元件转换为并联在直流母线之间。
7.进一步的，上述的直流母线放电装置中：所述的设定时间为直流母线之间的电容的容值和纯电阻的阻值之和所确定的放电时间常数。
8.进一步的，上述的直流母线放电装置中：所述的一组纯电阻消耗元件包括三个大功率的钨丝类灯管、电炉丝或能耗电阻。
9.进一步的，上述的直流母线放电装置中：所述串-并转换装置包括设置在一根直流母线与第二、第三纯电阻消耗元件之间的第一导线，设置在另一根直流母线与第一、第二纯电阻消耗元件之间的第二导线，设置在第一导线和第二导线上的开关。
10.进一步的，上述的直流母线放电装置中：还包括对所述的纯电阻消耗元件散热的散热风扇。
11.进一步的，上述的直流母线放电装置中：所述的散热风扇并联在所述的纯电阻消耗元件两端。
12.进一步的，上述的直流母线放电装置中：还包括测量直流母线之间电压的电压表。
13.本发明中，由于在直流母线之间设置了放电的大功率的纯电阻消耗元件，可以很快消耗直流母线之间的电能。
14.下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的说明。
附图说明
15.附图1为本发明实施例1直流母线放电装置结构图；
16.附图2为用于港口集装箱装卸桥的安川(yaskawa)驱动器起升机构主回路图；附图3为升降机构每个功率单元内部的电容接线图；
17.附图4为升降机构每个功率单元内部的电容接线图等效图；
18.附图5为图4的简化图；
19.附图6在安川(yaskawa)驱动器起升机构中使用发明的装置放电时间示意图；附图7为图5加入了本发明实施例1直流母线放电装置后电路简化图(串联)；附图8为图5加入了本发明实施例1直流母线放电装置后电路简化图(并联)。
具体实施方式
20.如图1所示，本实施例是一种为直流母线放电的装置，包括设置在直流母线之间一组三个大功率的电阻，本实施例中，采用钨丝类灯管，有时也可以使用电炉丝等，总之最好使用这样的纯电阻消耗元件；这三个纯电阻消耗元件1串联起来，当需要对直流母线放电时，利用两端利用两个带鳄鱼夹5、6的胶皮软电缆接入到直流母线之间；还包括将串联在直流母线之间的一组纯电阻消耗元件转换为并联在直流母线之间的串-并转换装置2，串-并转换装置2在设定时间以后将串联在直流母线之间的一组纯电阻消耗元件转换为并联在直流母线之间。设定时间为直流母线之间的电容的容值和纯电阻的阻值之和所确定的放电时间常数。串-并转换装置2如图1所示，包括设置在一根直流母线与第二、第三纯电阻消耗元件之间的第一导线，设置在另一根直流母线与第一、第二纯电阻消耗元件之间的第二导线，设置在第一导线和第二导线上的开关。利用串-并转换装置2将三个纯电阻消耗元件1可以实现串联与并联转换。
21.本实施例的直流母线放电装置设置在一个机壳箱7内，由于纯电阻消耗元件1在放电时，会产生热量，因此，还需要纯电阻消耗元件散热的散热风扇，散热风扇并联在所述的纯电阻消耗元件两端。如果用电炉丝或大功率电阻作为放电元件时，电箱需配备一个散热风扇给电炉丝或大功率能耗电阻降温。散热风扇采用和消耗元件一样电压等级的直流风机，和其中一个消耗元件并联连接，不需要给风扇专门配给电源。另外，在机壳箱7上还设置电压表，它是测量直流母线之间电压的电压表，这样，可以观察到直流母线放电装置放电的放电过程。
22.本实施例中，直流母线放电装置是为用于港口集装箱装卸桥的安川(yaskawa)驱动器起升机构的直流母线放电的，用于港口集装箱装卸桥的安川(yaskawa)驱动器起升机构主回路图如图2所示，其中13为200kw的整流功率单元，其将460v的交流电整流成直流电，给直流母线11和12供电，直流母线工作电压约680v，14为逆变功率单元，它们将母线的直流电调制成各种频率的交流电去驱动交流电机。安川是采用模块化设计方式，用户可根据总功率大小，按需选择单套或多套整流和逆变单元并联使用。双起升岸桥起升单个电机功率
高达500kw，通常由3～4个整流单元和3～4个逆变单元共同驱动。
23.给母线滤波的电容在外观上并没有直接装在母线上，而是平均分配在每一个功率单元内部，在原理上又是和母线直接连接的。如图3为每个功率单元内部的电容接线图：其中22和21分别是给电容充电的限流电阻和它的旁路接触器；23为8200μf电容，一共12个，每个耐压400v，为承受母线680伏的电压，两两串联后接入母线；24是5.1kω泄放电阻，两个泄放电阻串联后(等效于10.2kω)和电容组并联。泄放电阻的作用是当驱动器断电后消耗储存在电容的电能。25和26分别是一个led指示灯和与之串联的两个27kω电阻，它们也参与释放了少量的能量。
24.根据图2和图3：这套系统共有8个功率单元，且8个功率单元内部的电容组和泄放回路都平行连接母线，它们都呈并联关系。
25.电容是两两串联后接入母线的，是为了让2个耐压400v的电容组成耐压为800v的电容组，去分担680的母线电压。根据电容工作原理可知，2个相同的电容串联后的总电容和单个电容相同，故功率单元内部电容组的总电容为8200μf*6。根据电容组并联原理，相同电容组并联后总电容等于各组电容之和，故起升机构8个功率单元并联后的总电容为8200μ*6*8。
26.根据电阻并联原理，相同阻值的8个功率单元泄放电阻并联后的总电阻为单个电阻的八分之一，即为10.2/8
×
1000＝1275ω；同理，8个led指示灯回路并联后电阻为(27
×2×
1000+400)/8＝6800ω，led按400ω估算。所以由起升机构8个功率单元组成的电容组以及它们的泄放回路等效电路如图4所示：
27.不同阻值并联后电阻符合等式1/r
并
＝1/r1+1/r228.故r并＝1275
×
6800/(1275+6800)＝1073.7ω
29.故等效电路进一步简化图如图5所示：根据电容充放电时间常数公式τ＝rc(r单位：欧姆，c单位：法)
30.τ＝rc＝1073.7
×
8200
×6×
8/1000000＝422.6
31.根据阻容电路的充放电规律，每经过一个时间常数后，电容电压泄放至原来的0.368。理论上，经过5个时间常数后可认为完全放电，如图6。
32.第一个时间常数后母线电压降至
33.680v
×
0.368＝250v
34.第二个时间常数后母线电压降至
35.250
×
0.368＝92v
36.第三个时间常数后母线电压降至
37.92
×
0.368＝34v
38.可见，约三个时间常数后，母线电压才降至36v的安全电压；
39.三个时间常数换算成分钟：422.6
×
3/60＝21.1分钟
40.以上理论计算可知，即每次断电后仅仅靠驱动器原有的泄放回路释放电容电能的话，需等待约21.1分钟后才可以动手拆卸驱动器；理论计算结果与实际接近。
41.如何缩短这个等待时间呢？利用两个带鳄鱼夹5、6的胶皮软电缆接入到直流母线之间，将本实施例的直流母线放电装置加入到用于港口集装箱装卸桥的安川(yaskawa)驱动器起升机构的直流母线之间，原理简图如图7所示：
42.根据时间常数公式τ＝rc可知，c固定不变的情况下，只能减少r的值，本发明就是通过外接消耗元件(钨丝灯、电炉丝或能耗电阻)的方式，让r值减少，达到缩短τ值的目的；
43.以接入3个1000w 220v钨丝灯为例计算:
44.单个1000钨丝灯管阻值rd＝u2/w＝220*220/200＝48.4ω
45.3个灯管串联后电阻48.4*3＝145.2ω，接入母线后等效电路如图7所示：
46.1/r
并
＝1/r1+1/r2(这里r1为1073.7ω，r2为48.4ω)
47.r
并
＝1073.7*145.2/(1073.7+145.2)＝127.9ω
48.τ＝rc＝127.9*8200*6*8/1000000＝50.3
49.三个时间常数为
50.50.3*3＝151
51.合151/60＝2.5分钟
52.可见，串联接入2000w灯丝后时间常数从原来的21.1分钟缩短为2.5分钟；效果是明显的。但似乎还不够迅速。
53.为了进一步缩短放电时间，当第一个时间常数后，母线电压降至250v时,按下切换开关(短时过载)(如图1)。把原来串联的灯管改为并联，以增大泄放电流。
54.3个灯管并联后灯总阻值＝48.4/3＝16.1ω
55.电路等图如图8所示：r
并
＝1073.7*16.1/(1073.7+16.1)＝15.9ω
56.故τ＝rc＝15.9*8200*6*8/1000000＝6.25秒
57.时间常数进一步缩短为6.25秒。再加2个时间常数即可放电到安全电压。三个时间常数总时间为：
58.50.3+6.25+6.25＝62.8秒
59.也就是说，经过第一个时间常数，放电到250v时，改为并联，总电阻值减少，时间常数进一步减小，再经过两个新的时间常数共62.8秒后即可放电到安全电压。极大地大缩短了放电等待时间。
60.根据以上理论制作了快速放电装置，经测试，放电时间基本和计算值接近。极大地缩短了放电等待时间，提高了设备抢修效率。