LSPS安全電源系統(tǒng)

樊明元，王玉珠

● （沈陽隆基電磁科技股份有限公司，遼寧撫順 113122）

LSPS安全電源系統(tǒng)

樊明元，王玉珠

● （沈陽隆基電磁科技股份有限公司，遼寧撫順 113122）

隨著鋼廠和船廠的電磁鐵用量日益增多，電磁鐵的使用安全問題逐漸步入人們的視線之中，LSPS采用IGBT進行逆變?nèi)缓罄米冾l器的變頻原理將輸出的三相380VAC供給行車電機、主鉤制動電機以滿足現(xiàn)場要求。

LSPS；IGBT；逆變；變頻器

0 引言

原有的電磁鐵的安全保障系統(tǒng)只能在停電時控制抱閘電機，使電磁鐵和物料在原地放下，而不能驅(qū)動行走電機使電磁鐵和物料在規(guī)定的位置放下，從而埋下了安全隱患。LSPS的設計初衷正是解決這一問題的，LSPS保證了在斷電后，行車電機和主鉤制動電機都可以供電運行，使得物料和電磁鐵可以在指定位置下放，滿足現(xiàn)場需要。

1 LSPS的工作原理

將180VDC～300VDC的直流電（蓄電池提供）通過升壓裝置（采用IGBT元器件）—逆變?yōu)槿?80VAC交流電，為了防止電機啟動時電流太大，而使逆變器保護停止工作，將380VAC交流電又輸送到變頻器的輸入端，然后利用變頻器原理將輸出的380VAC提供給電機，采用變頻器的變頻原理分別給小車電機、主鉤制動電機控制滿足現(xiàn)場的要求。

2 IGBT簡介

IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）是 80年代初為解決MOSFET的高導通壓降、難以制成兼有高電壓和大電流特性和GTR的工作頻率低、驅(qū)動電路功率大等不足而出現(xiàn)的雙機理復合器件（Double Mechanism Device）[1]。由于它集合了MOSFET和GTR的優(yōu)點，既具有輸入阻抗高、速度快、熱穩(wěn)定性好，且驅(qū)動電路簡單、驅(qū)動電流小等特點，又具有通態(tài)壓降小、耐壓高及承受電流大等優(yōu)點，正因為相對于其他的電器件有這樣的優(yōu)勢，IGBT產(chǎn)生后短時間內(nèi)既取得了很大的發(fā)展，目前其容量已經(jīng)超過了GTR，在電機控制、中頻和開關電源，以及要求快速、低損耗的領域，IGBT有取代MOSFET和GTR的優(yōu)勢[2]。

3 LSPS的設計

傳統(tǒng)的逆變器采用將直流電源直接連接逆變裝置后整波輸出的方式，這種傳統(tǒng)的方法簡單，適合那些低功率的場合使用。然而，隨著使用現(xiàn)場對功率要求的逐步增大，這種傳統(tǒng)的逆變器已經(jīng)不能滿足現(xiàn)場的需要了。功率的增大是問題的關鍵，LSPS就是針對傳統(tǒng)的逆變器功率不足的問題而設計的，如圖1 LSPS設計原理。首先直流“電源”先與逆變裝置連接，直流電將經(jīng)過“IPM”逆變，轉(zhuǎn)換為高頻高壓的交流電，此時的交流電已完成升壓。再將此交流電經(jīng)過快速二極管， “整流”成為直流電，最后將直流電輸出到變頻器的直流側(cè)以驅(qū)動變頻器工作，最后由變頻器內(nèi)部完成輸出前最后一次“逆變”，就可以獲得需要的功率和輸出電壓了。再者，傳統(tǒng)型的逆變器，經(jīng)過逆變后直接將380V的交流電提供給電機，容易發(fā)生啟動電流過大，導致逆變器保護停止工作。LSPS則將升壓后的交流電經(jīng)快速整流模塊送到變頻器的輸入端，然后利用變頻器原理將輸出的三相380V交流電提供給電機，避免了因啟動電流過大致使IGBT模塊自保護的問題。

圖1 LSPS設計原理圖

不僅如此，傳統(tǒng)的六脈波方波逆變器必須在逆變器變頻的同時，改變輸入直流電壓大小，這一過程稱為脈沖幅度調(diào)制控制即PAM控制。由于六脈沖方波方式的固有缺陷，目前中小型變頻器已很少采用。而脈寬調(diào)制控制即PWM和PAM相比，PWM減少了一個可控環(huán)節(jié)，逆變器的開關管則采用全控型器件，并按一定規(guī)律控制其導通或關斷，使輸出端獲得一系列寬度不等的矩形電壓脈沖列。PWM逆變器可以通過改變脈沖的寬度進行調(diào)壓，通過改變調(diào)制周期進行變頻[3]。

PWM逆變器的優(yōu)點：

1）主電路只有一個功率級可控環(huán)節(jié)，簡化了主電路的結(jié)構(gòu)，降低了逆變器的成本；

2）可獲得比常規(guī)六脈波更為接近正弦波的輸出電壓波形，諧波含量減少，因而轉(zhuǎn)矩脈動小，大大擴展了電動機調(diào)速范圍；

3）采用不可控整流，使電網(wǎng)功率因數(shù)接近于1；

4）逆變器同時進行調(diào)壓、變頻，系統(tǒng)的動態(tài)響應不受中間濾波環(huán)節(jié)的影響；

5）由于主開關器件的開關頻率足夠高，可以實現(xiàn)快速電流控制[4]。

LSPS的設計優(yōu)點：

1）采用SPWM控制，正弦波輸出；

2）輸出采用隔離變壓器，輸出電壓穩(wěn)定、安全；

3）具有完善的保護功能（輸出欠壓保護、輸出過載保護、輸出短路保護、過熱保護）；

4）啟動電流平穩(wěn)；

5）冗余設計，功率器件全部選用3倍額定電流；

6）應用免維護蓄電池，壽命長，無電網(wǎng)干擾。

4 結(jié)束語

本文對LSPS系列安全電源系統(tǒng)的設計原理、優(yōu)點及大功率 IGBT的相關知識進行了簡要分析和描述，LSPS系列安全電源系統(tǒng)以其自身領先的技術優(yōu)勢，結(jié)合廣闊的市場前景必定能在不久的將來得到更為廣泛的應用。

[1]馮垛生. 變頻器實用指南[M]. 北京: 人民郵電出版社, 2006.

[2]劉鳳君. 現(xiàn)代高頻開關電源技術及應用[M]. 北京:電子工業(yè)出版社, 2008.

[3]（美）普利斯曼, 著. 開關電源設計[M]. 第3版. 王志強等譯. 北京: 電子工業(yè)出版社, 2010.

[4]王兆安. 電力電子技術[M]. 第5版. 北京: 機械工業(yè)出版社, 2009.

GE渦輪機械獲4艘FPSO訂單

1月15日巴西里約熱內(nèi)盧消息：GE Oil & Gas （GE）已接獲一份價值超過5億美元的合同，為巴西國油（Petrobras）供應渦輪機械設備和服務，用于4艘新造FPSO：P-74、P-75、P-76和P-77。

據(jù)悉，GE Oil & Gas提供的主要渦輪機械設備，將為這批FPSO提供主要能源。采用燃氣輪機和先進的發(fā)電機組，使用壓縮機使氣體通過管道，再注入二氧化碳和天然氣回至井口，提高石油的回收能力。

LONGI Security Power System

FAN Ming-yuan, WANG Yu-zhu
(LONGI Magnet Co., Ltd, Liaoning Funshun 113122, China)

With the Increasing use of electro-magnet in steel factories and the shipyards, the safety use of electro-magnet marches into people's sight, LSPS uses IGBT to carry on the inversion, and then take advantage of frequency changer's frequency conversion principle to supply three-phase 380VAC to electrical machinery and the host hook brake electrical machinery. As a result, it will satisfy the spot request.

LSPS; IGBT; inversion; converter

TM464

A

樊明元（1972-），男，大學本科，主要研究方向：電氣控制。