CN203707871U - 变频器低电压穿越装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种变频器低电压穿越装置，由整流单元、斩波升压单元、压差控制单元、直流保安电源输入单元和不间断交流控制电源输出单元组成。当系统检测到系统电压低于设定值时，便根据升压斩波公式计算出IGBT的占空比，控制斩波升压单元进行升压，同时检测直流输出值进行PID闭环控制达到准确输出，保证变频器的稳定输出；当系统电压低至40%以下甚至短时失电时，直流侧由直流保安电源输入再经由斩波升压输出；同时系统还提供一路不间断交流控制电源输出，保证变频器控制柜的控制电源不间断运行，确保了变频器在系统低电压甚至短时失电的情况下的稳定运行。

Description

变频器低电压穿越装置

技术领域

本实用新型设计是一种保证关键工艺中变频器的不间断运行的装置，适用于生产中关键工艺的变频器，使变频器在系统低电压时能正常工作，确保了生产的连续性。 

背景技术

近年来，随着国家对节能减排的要求，及电力电子技术的发展，变频器以其调速准确，使用便捷，保护功能全面等的优点逐步取代传统的调试装置，大规模的应用于各行各业中。 

在变频器的使用中，当电网电压出现短时跌落，甚至短时间失电时，会触发变频器的保护，而造成变频器停机，同时拖动电机停机。如果负载是一般负载，检查后再重启变频器即可。而如果是关键负载，停机则可造成连锁反应，触发更高级的保护，从而影响全厂的生产连续性，造成很大的经济损失。 

目前解决的办法是通过在变频器的直流侧增加直流蓄电池的方法来解决的。这种方案需要蓄电池组和充电装置，投资大，且蓄电池组对环境要求非常高，需要定期充放电维护，造价也很高。 

发明内容

为了消除上述弊病，本实用新型提供了一种变频器低电压穿越装置，用于解决系统电压跌落时，为变频器提供稳定可靠的直流电源，保证变频器的正常稳定运行，维持拖动系统的正常工作，确保生产的连续性和稳定性，避免不必要的经济损失。 

本实用新型所采用的方案如下。 

在交流电源和变频器之间并联一种变频器低电压穿越装置，变频器低电压穿越装置的输出侧接在变频器的直流接线处，当系统低电压时，通过将较低的交流电整流后斩波升压输出到变频器。其具体特征如下。 

系统由两路电源输入，分别是交流380V电源和直流屏提供的直流220V电源；一路直流输出到变频器，一路交流220V输出给控制电源供电。其中直流220V输入单元和交流220V输出单元均为选配，可根据现场情况进行选择。 

其中交流380V电源通过断路器QF1接到不控整流单元，将交流电整流为直流电；在通过由电抗器L1、IGBT1和快恢复二极管FDR组成的BOOST升压斩波电路；电容C的作用是储能滤波；由D1、D2和QF2组成压差控制输出电路，自动控制变频器低电压穿越装置的投入和切除；由QF3、FU1、FU2、D3和D4组成的直流220V输入电路，将直流220V接入变频器低电压穿越装置的直流侧，保证在系统交流短时断电的情况的直流保障；由QF4、TM1和UPS组成的交流220V不间断控制电源输出回路，由TM1变压器将交流380V变为交流220V接UPS输出做控制电源使用。 

附图说明

图1为变频器低电压穿越装置系统图。 

图2为变频器低电压穿越装置原理图。 

图3为闭环控制原理。 

图4为控制逻辑框图。 

具体实施方式

下面结合附图和具体实施对本实用新型做进一步阐述。 

图1所示的是变频器低电压穿越装置系统连接方式，并联在三相交流电源和变频器直流侧之间。当系统电压跌落或者短时消失时为变频器提供稳定可靠的直流支撑。 

图2所示为变频器低电压穿越装置的内部原理图。 

当系统电压稳定时，变频器通过配电柜直接提供交流动力电源，变频器低电压穿越装置处于热备状态。即QF1和QF2合闸，但BOOST斩波回路没有工作，由于D1和D2的压差控制，主回路上并没有电流流过。 

当变频器低电压穿越装置检测到系统电压跌落到90%以下时，系统根据设定的直流输出值和跌落的系统电压值进行计算得出BOOST升压斩波回路中IGBT所需要的占空比，来控制IGBT进行斩波控制，提高由不可控整流回路整出的直流电压值，同时检测此电压值与设定值进行比较进行PID控制。 

占空比的计算公式由BOOST升压公式推出。BOOST升压公式为： 

                           （1）

其中：U₀为BOOST升压输出电压

U_S为BOOST升压输出电压

D为IGBT占空比

而三相桥式不控整流的计算公式为：

                      （2）

其中：U_d为整流输出直流电压值

      U为三相交流相电压值

      U_L为三相交流线电压值

     式1中的U₀与式2中的U_d在本案例中为同一个值所以由式1和式2可得出：

                          （3）

其中k为比例系数（0.8~1.2之间）。

当系统电压跌落至40%以下或者短时失电时，系统将由DC220V直流保安电源提供直流电源，再经过BOOST升压斩波电路将DC220V升到设定电压即可。 

如果变频柜控制电源为交流220V时，变频器低电压穿越装置可提供不间断电源，保证变频柜控制的不间断运行。断路器QF4、变压器TM1和不间断电源UPS来实现这个功能。其中变压器TM1的作用是将交流380V电源变换为交流220V。 

图3所示为PID闭环控制原理图，通过给定值与检测到的实时值进行比较，在控制器PLC程序里进行PI整定，输出脉冲信号给IGBT驱动电路板，驱动IGBT，控制BOOST升压斩波电路输出与给定值接近的直流电压值。 

图4为PLC控制逻辑框图。系统初始化先对系统电压进行实时监测，并判断是否电压跌落，依据是跌落90%以上不做任何处理，继续检测，如果跌落到90%以下，但没有跌落到40%以下，则通过式3进行计算得出占空比输出控制IGBT组成的BOOST升压斩波电路工作，同时进行PID闭环控制，精确输出；如果跌落到40%以下时，直流保安电源取代不控整流给直流回路供电，输出对应的占空比进行控制BOOST电路，同时进行PID控制输出。若系统电压恢复正常，IBGT停止工作，封锁直流输出，进入热备状态。 

Claims (1)

1.一种变频器低电压穿越装置，所述变频器低电压穿越装置并联于系统三相交流380V电源和变频器直流侧之间，所述变频器低电压穿越装置包括整流单元、斩波升压单元、压差控制单元、直流保安电源输入单元和不间断控制电源输出单元，其特征如下：

1）所述整流单元由三相全桥不控整流桥组成，系统三相交流380V电源通过断路器QF1接入整流单元的交流输入端，直流输出端接斩波升压单元；

2）所述的斩波升压单元是由IGBT、电抗器L和快恢复二极管FDR组成的BOOST升压电路，IGBT导通时电抗器L储存电能，IGBT关断时，电抗器L释放电能叠加到直流电压上，从而使直流电压升高，控制IGBT的占空比就可以控制输出电压的高低；

3）所述的压差控制单元由二极管和断路器QF2组成，当二极管的阳极电动势高于阴极电动势时，二极管导通，反之关断，其中并联于二极管前面的电容C的作用是滤波；

4）所述的直流保安电源输入单元由断路器QF3和熔断器、二极管组成，当系统电压低至40%以下甚至短时失电时，直流220V保安电源通过断路器QF3、熔断器和二极管输入到斩波升压单元的输入端；

5）所述的不间断控制电源输出单元是由断路器QF4、变压器TM1和UPS组成，变压器将380V交流电压变换成220交流电压给UPS供电，UPS输出给变频器控制柜提供不间断控制电源。