工业电动机变频器技术改造
-----确保电网瞬时低电压时变频器正常工作
一、目前存在的问题

随着电力电子技术的发展,变频器以其调速精确、使用简单、保护功能齐全等优点逐步代替传统的调速控制装置而得到广泛应用;但由于国内某些工厂的电网电压不稳定，导致变频器在使用中产生了新的问题—变频器低压跳闸。低电压通常都是短时的,对传统的控制系统影响较小，而对变频器则会产生低压跳闸导致电机停止，影响生产。
变频器低电压主要是指中间直流回路的低电压，一般能引起中间直流回路的低电压的原因来自两个方面：
（1）、来自电源输入侧的低电压
正常情况下的电源电压380V，允许误差为-5%~+10%，经三相桥式全波整流后中间直流的电压值为513V，个别情况下电源线电压较小的电压波动，也不会造成变频器的低电压跳闸。电源输入侧的低电压主要是由于电网电压的波动或主电力线切换；雷击使电源正弦波幅值受影响；电厂本身的变压器超载、负荷不平衡。
（2）、来自负载侧的低电压
大型设备启动和应用；
线路过载；
启动大型电动机等；
从电源输入侧和负载侧来解决此问题是不现实的，我们从变频器本身着手，
采用直流支撑技术(在变频器直流侧加不间断直流电源提高变频器的低电压跨越能力)来解决目前工厂面临的问题。采用此技术可确保：
(1)、厂用交流电源低电压时,变频器还能正常工作。
(2)、备自投切换过程中确保变频器正常工作。
二、技术关键:
变频器是由整流器和逆变器两部分组成。通过对变频器的研究，变频器低电压指其中间直流回路低电压(即逆变器输入电压过低)。一般的变频器都具有过压、失压和瞬间停电的保护功能。变频器的逆变器件为GTR时，一旦失压或停电，控制电路将停止向驱动电路输出信号，使驱动电路和GTR全部停止工作，电动机将处于自由制动状态。逆变器件为IGBT时，在失压或停电后，将允许变频器继续工作一个短时间td，若失压或停电时间to＜td，变频器将平稳过度运行；若失压或停电时间to＞td ，变频器自我保护停止运行。一般td都在15～25ms,只要电源“晃电”较为强烈，to都在几秒钟以上，变频器自我保护停止运行，使电动机停止运行。
从电压跌落到变频器恢复正常运行，时间至少几十秒钟，此过程中电机会停止运行，严重影响工厂的正常运行,针对该问题我们采用直流支撑技术，通过整流装置、蓄电池组和各直流回路，对各变频器的直流母线供电，并通过PT传感器、开关量数据采集等输入PLC，编程控制各直流回路的开合、静态开关的导通等，当电网发生晃电甚至停电时，保障变频器连续、稳定、安全运行一定的时间，从而大幅度减少电网电压波动对变频器产生的影响，进而保障整个工厂电气设备安全度过晃电期。
1、直流支撑系统的原理
1)、单台电机工作原理图：

VVVF:变频器，由AC/DC整流器、DC/AC逆变器等组成
系统由电池组、充电器、静态开关、控制器等组成
SS:静态开关
M:电动机
针对工厂的实际情况,我们决定采用多台电机工作模式
2）、下图是多台电机的工作模式图
多台电机工作模式：
M1，M2，M3同时设计于同一控制系统中为低压电机群的工作模式；

检修模式：
以下为检修模式的示意图

VVVF1检修，VVVF2和VVVF3处于工作模式，直流由SS和直流熔断器等隔离。

2、本系统的工作模式
本系统有三种工作模式：
1)、正常工作模式：由电网通过具有双变换及软起动功能的VVVF驱动电动机，充电器对电池浮充电。
2)、断电工作模式：静态开关导通，电池通过VVVF驱动电动机；电网恢复，系统自动恢复正常工作。转换过程不断电。
3)、检修工作模式：每个回路相对独立，n台PLC分路独立管理n台VVVF，并对直流系统监控。
在工作现场通常都是电机群，我们只需设计一套系统就可以解决问题。
3、本系统的控制逻辑：
( 　 　   电话：   手机： ) 

 虚线框内为直流支撑系统
 上图为直流支撑系统与变频器控制逻辑简图
 逻辑控制说明
1． 变频器启动；停止控制逻辑
根据变频器的原理，变频器在交流供电或直流供电正常情况下在接受到启动接点指令后，即可投入运行。在变频器正常运行后有一反映变频器运行状态的接点信号闭合。变频器运行调速指令由DCS 或PLC 送来的4－20mA 模拟信号实现。
2．直流支撑系统与变频器的逻辑配合
（1）直流支撑系统的组成
a. 直流电源 b. 回路保护开关 c. 回路静态开关
d. 回路直流接触器 e. 控制PLC f. 母线电压监测继电器
（2）该系统的PLC 控制逻辑
a. 控制PLC 输入逻辑条件有：变频器运行状态接点信号，母线电压监测信号。同时可能还有现场的一些闭锁信号。
b. 控制PLC 输出逻辑条件有：变频器运行正常且一些闭锁信号未给出保护动作信号时,直流接触器合上,直流支撑系统处于热备用状态,否则直流接触器断开，直流支撑系统处于冷备用。变频器运行正常时，母线电压<350VAC(可调节)且闭锁信号未给出保护动作信号时,PLC向静态开关送出24VDC控制电压,静态开关导通；母线电压恢复时，PLC撤出静态开关闭锁指令。
c. 母线电压正常条件下直流支撑系统投入过程
变频器电源端送入正常电压，变频器受电，内部CPU 准备运行；控制设备，DCS 或PLC 或控制继电器送来启动运行指令。电机按模拟控制4－20mA 电流决定变频器拖动电机的运行转速；等到系统正常运行后变频器状态接点闭合。
直流支撑系统控制PLC 接受到变频器运行状态指令后，向直流接触器 MF 发出合闸指令，如果该回路的空开QF 合闸，这时该回路在热备份状态。本次操作结束。
d. 变频器电源失电，PLC 及静态开关都测到变频器失电信息。
1） PLC 测到了母线电压＜350VAC 信号而发出静态开关合闸指令。
2） 静态开关测到变频器直流母线电压＜460VAC 而快速导通。
变频器电力迅速由母线供电转入直流支撑系统供电。变频器保持连续不间断运行。
e. 变频器电源供电恢复时其直流环节的电压应立刻上升；母线电压恢复使得PLC 重新得到电压正常信号而撤出静态开关闭锁指令。当变频器直流母线电压>直流支撑系统母线电压，并且PLC撤出闭锁指令后静态开关立即关闭。电机在这一过程中仍然保持不间断运行。在充电器作用下对放过电的电池组补充电。
f. 母线电压连续在85％（该值可以重新设定）上下波动。母线电压一旦 <350VAC（>85％）直流支撑系统即自动投入,由蓄电池直接向变频器的直流母线供电。母线恢复正常值后PLC 延时2s 才撤出静态开关闭锁信号。

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