基于直流支撑的起重机用变频器后备电源方案.docVIP

基于直流支撑的起重机用变频器后备电源方案 后备电源/DC-BANK/变频器/起重机电控 1? 概述??? 起重机在工业领域为重要生产工具，业主对其运行的可靠性、安全性亦提出越来越高的要求。起重机的电力供给是影响其可靠性、安全性的重要因素之一。很多的特殊工况的起重机均配有后备电源系统，如柴油发电机组，外部应急供电线路等，今日，随着变频器在起重机上的广泛应用，一种基于直流支撑的后备电源技术，其充分利用变频器的固有特性，已经发展成熟并且投入实际应用。??? 直流支撑的后备电源技术的工作方式是利用直流电源，直接为变频器母排供电，从而保证变频器的正常运行。该方案有其优于其他类型后备电源的若干特性，详见后文阐述，其应用前景广泛。 2? 常规后备电源的局限性??? 交流不间断电源(UPS)是一种使用范围广泛的保障电力供应的重要设备，而普通UPS用于交流电动机负载UPS也有其局限性。不论是后备式还是在线式，不论是正弦波输出还是准方波输出，它的负载基本都是计算机和通讯设备等整流滤波容性(非线性)负载或阻性负载。如果UPS的负载是交流感应式电动机一类的感性负载，那么在UPS的设计选型和使用中就会出现很大问题。??? 如果所选UPS是一台后备式的，那么在给电动机供电的交流电源故障停电时，电动机在所带机械负载的阻力矩作用下转速迅速下降甚至停车，当转为由UPS供电时，电动机相当重新启动。由于交流电动机的启动电流通常是其额定电流的5～7倍，而UPS的过载能力标准规定:过载125%时，Ⅰ类为10min，Ⅱ类为1min，Ⅲ类为30s，150%时10s，大于150%时仅200ms。??? 如果想要UPS能承受电动机启动电流的过载能力，势必要增大UPS的额定容量。例如，一台11kW的电动机，额定电流是21A，选择一台UPS做它的不停电电源，如输出的功率因数为0.8，则UPS的容量应不小于14kVA，其额定输出电流为21.3A，过载125%时仅为26A，而电动机启动电流为105A～147A，UPS的容量远远不够，因此要满足电动机的启动要求，UPS的容量至少应选择为55kVA，即为电动机容量的5倍。这无疑将加大投资造成浪费，还未必能解决问题。因此，用普通UPS做电动机负载的不停电电源即增大投资成本，工作又不可靠，不是理想的方案。 3? 变频器的特性??? 直流支撑的后备电源技术作为变频器的后备电源，其优势是通过变频器特性特体现的。因此简述变频器原理如下。??? 文中所述变频器均为交-直-交型通用型变频器。其为广泛应用在交流电动机调速控制的变频器，在市场上常见的品牌有如西门子、ABB、施耐德、安川等公司的产品，广泛应用于冶金、石化、建材、电力、制造、运输等行业。???? 变频器基本结构为整流单元和逆变单元，对于单传动系统，为单个的整流单元对应单个的逆变单元，对于多传动系统，为单个或者多个整流单元驱动多个逆变单元。两种系统，其工作原理是相同的，整流单元将电网交流电转化为直流电，直流电传输至直流母排上，逆变单元将直流母排上的直流电根据控制要求转化为的交流电，从而驱动电机。??? 变频器无论是频率控制型，还是矢量控制型或者是转矩控制型，都具有变频软启动功能，电机启动时，逆变单元根据控制要求，调节输出电流电压，由于输出电压和频率均可控，就限制了电机的启动电流，小于额定电流输出也可以正常启动。??? 根据变频器的上述2个特点：具有直流母排，输出电流电压可控，因此采用基于直流支撑的后备电源技术，作为变频器的新型后备电源。 4? 直流支撑的后备电源??? 现以南京国臣公司的DC-BANK直流后备电源系统为例，说明这种电源的工作原理和系统组成。4.1 DC-BANK直流后备电源的工作原理??? 利用直流电源，直接为变频器母排供电，从而保证变频器的正常运行，见图1。 图1? 直流支撑系统工作原理 ??? 在电网正常时，直流后备电源在充电模式，整流充电单元对蓄电池组充电，蓄电池组处于浮充状态。在电网失电时，直流后备电源切换至放电模式，经过直流压差控制电子开关，控制蓄电池组为变频器直流母排供电，保证变频器正常工作，见图2。 图2? 后备电源自动控制原理 ??? DC-BANK直流后备电源系统的控制系统可自动控制系统充电放电过程的运行。4.2 DC-BANK直流后备电源的系统组成??? 该系统主要有直流电源子系统，控制系统和主站监控软件组成。4.2.1 直流电源子系统主要设备??? （1）蓄电池组??? 蓄电池采用免维护阀控式全密封铅酸电池。??? （2）充电器??? 充电器的功率逆变管采用进口快速IGBT，其余元件采用进口工业等级器件，生产工艺严格完整，保证机器的可靠性和稳定性。输出电压和电流均可连续调节。具有强大的保护功能（输入过流、过压、欠压保护