DC—BANK系統(tǒng)對(duì)變頻器抗晃電的應(yīng)用探討

秦夢(mèng)陽

摘要：電網(wǎng)晃電現(xiàn)象因?yàn)榉N種原因，在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中時(shí)有發(fā)生。變頻器應(yīng)對(duì)晃電能力較差，發(fā)生晃電現(xiàn)象時(shí)會(huì)啟動(dòng)低壓保護(hù)從而導(dǎo)致設(shè)備的停止運(yùn)行。通過在變頻器直流母線側(cè)增加DC-BANK直流支撐系統(tǒng)，當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)在DC-BANK的檢測(cè)單元和執(zhí)行單元協(xié)同作用下，DC-BANK自動(dòng)切入到變頻器的直流母線，從而保證電機(jī)在直流電源的支撐下不間斷運(yùn)行，能達(dá)到很好的抗晃電效果。

關(guān)鍵詞：變頻器；DC-BANK系統(tǒng)；抗晃電

中圖分類號(hào)：TM92 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）01（a）-0000-00

變頻器以其高效率，高功率因數(shù)，以及優(yōu)異的調(diào)速和啟制動(dòng)性，在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用越來越普及。因?yàn)楦鞣N各樣的因素，晃電現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，而變頻器應(yīng)對(duì)晃電能力較差。當(dāng)發(fā)生晃電時(shí)，變頻器將啟動(dòng)保護(hù)功能，停止運(yùn)行，造成非計(jì)劃停車。通過對(duì)變頻器增加直流支撐系統(tǒng)DC-BANK進(jìn)行改造，增加其抗晃電能力，能很好的抑制因電網(wǎng)晃電而導(dǎo)致系統(tǒng)非計(jì)劃停車帶來的損失。

1 晃電現(xiàn)象對(duì)變頻器的影響

晃電是指電網(wǎng)電壓暫時(shí)跌落或者消失，而在很短的時(shí)間內(nèi)（一般為幾秒之內(nèi)），電源電壓又恢復(fù)正常的現(xiàn)象。其產(chǎn)生的原因可分為內(nèi)因及外因：

（1）內(nèi)因：系統(tǒng)本身接有大功率電動(dòng)機(jī)、整流器、電弧爐之類單相負(fù)荷等干擾性負(fù)荷，對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)出負(fù)面影響，如無功沖擊，諧波，負(fù)序等。這些影響可能會(huì)通過公共連接點(diǎn)涉及到其他終端用戶。

（2）外因：外力破壞、雷電、樹枝影響以及配電設(shè)備故障、線路切換、電容器投切等均由可能干擾系統(tǒng)，造成電壓波動(dòng)甚至斷電，嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響相鄰線路，造成有害影響的蔓延。對(duì)于10kV線路，其特點(diǎn)是面廣，用戶分布點(diǎn)多，易產(chǎn)生過電流或短路故障，發(fā)生故障后，在線路繼電保護(hù)作用下，發(fā)生故障的回路被切除。在故障發(fā)生到故障切除期間，其他回路電壓會(huì)暫降，導(dǎo)致晃電現(xiàn)象的發(fā)生。

大部分變頻器都具有失壓、過壓和瞬間斷電的保護(hù)功能。在變頻器斷電或失壓后，一般的變頻器仍會(huì)工作一段時(shí)間，若斷電或失壓的時(shí)間大于此工作時(shí)間，變頻器將啟動(dòng)保護(hù)功能，停止運(yùn)行，造成非計(jì)劃停車。

2 DC-BANK系統(tǒng)

長(zhǎng)期以來，在連續(xù)性較強(qiáng)的工藝生產(chǎn)中，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生晃電（甚至毫秒級(jí)的斷電）等供電故障時(shí)，均有可能使電機(jī)驅(qū)動(dòng)的動(dòng)力設(shè)備受到較大的擾動(dòng)甚至停機(jī)。造成連續(xù)性生產(chǎn)中斷，設(shè)備損壞，產(chǎn)生大量的次品、廢品，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。

為解決電動(dòng)機(jī)因電網(wǎng)晃電引發(fā)的工藝、設(shè)備問題，就出現(xiàn)了用于電動(dòng)機(jī)負(fù)載的﹑輸出電壓和輸出頻率可變的交流不間斷電源DC-BANK。DC-BANK即直流不間斷電源，是在交流電網(wǎng)晃電或斷電時(shí)靜態(tài)開關(guān)開通及時(shí)為變頻器提供穩(wěn)定、持續(xù)、不間斷的直流電源設(shè)備，在交直流電源之間達(dá)到無擾動(dòng)切換，保證了變頻器繼續(xù)運(yùn)行并驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。DC-BANK是低壓電機(jī)群專用不間斷電源系統(tǒng)，特別適用于多負(fù)載連續(xù)生產(chǎn)的化纖鋼鐵，石油化工，玻璃等行業(yè)。DC-BANK可有效的解決電網(wǎng)晃電對(duì)變頻器帶來的影響，同時(shí)還具備可靠性高，利用效率高等優(yōu)點(diǎn)。DC-BANK相對(duì)于同樣應(yīng)用廣泛的UPS，具備以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）UPS因系統(tǒng)復(fù)雜，可靠性差，沒有標(biāo)準(zhǔn)化等問題，導(dǎo)致維護(hù)難度較大；DC-BANK與變頻器通常采用的是并聯(lián)連接形式，系統(tǒng)采用框架式結(jié)構(gòu)，可靠性高，維護(hù)起來相對(duì)方便。

（2）UPS可靠性不高，需要設(shè)計(jì)復(fù)雜的配置方式提高其可靠性；得益于 DC-BANK與變頻器的并聯(lián)連接形式，使得每個(gè)負(fù)載的電源保護(hù)都相對(duì)獨(dú)立，通過DC-BANK對(duì)直流母線供電，就使得變頻器在原有的基礎(chǔ)上增加了一路直流備用供電，因而具有更高的可靠性。

（3）UPS在帶電機(jī)類感性負(fù)載時(shí)，需要5～7倍電機(jī)額定容量，且治理諧波電流需要增加有源或無源濾波器；DC-BANK則需要相對(duì)較小的電機(jī)額定容量（通常為1.1倍）。

（4）DC-BANK系統(tǒng)較UPS具備更高的外殼防護(hù)等級(jí)，能適應(yīng)更加惡劣的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境。

3 DC-BANK系統(tǒng)工作原理

DC-BANK系統(tǒng)主要由充電器、儲(chǔ)能單元、檢測(cè)單元和執(zhí)行單元等組成。DC-BANK系統(tǒng)工作原理簡(jiǎn)圖1和圖2所示。DC-BANK系統(tǒng)基于變頻器的系統(tǒng)組織架構(gòu)。主回路供電在市電正常情況下，經(jīng)交流配電系統(tǒng)、變頻器、電動(dòng)機(jī)受電端，使得電機(jī)帶動(dòng)各種電氣設(shè)備運(yùn)行。此時(shí)DC-BANK系統(tǒng)僅作為變頻器的在線備用電源。當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)在檢測(cè)單元和執(zhí)行單元協(xié)同作用下，DC-BANK自動(dòng)切入變頻器的直流母線，保證電機(jī)在直流電源的支撐下不間斷運(yùn)行。當(dāng)市電恢復(fù)正常供電，系統(tǒng)在檢測(cè)單元和執(zhí)行單元協(xié)同作用下，迅速切斷DC-BANK，變頻器此后恢復(fù)為市電供電，蓄電池轉(zhuǎn)為自動(dòng)維護(hù)狀態(tài)。

4 對(duì)丹佛斯FC302系列變頻器抗晃電應(yīng)用探討

丹佛斯FC302系列變頻器雖然具備能量?jī)?chǔ)備功能，在發(fā)生掉電時(shí)可以使用動(dòng)能產(chǎn)生的功率控制減速，但在電網(wǎng)長(zhǎng)時(shí)間掉電情況下，仍需要DC-BANK直流支撐系統(tǒng)來維持變頻器的供電，從而保證液體泵的持續(xù)運(yùn)行。如下圖所示，主回路供電在市電正常情況下，DC-BANK系統(tǒng)僅作為變頻器的在線備用電源，變頻器的交流輸入信號(hào)及變頻器的運(yùn)行和故障信號(hào)送到DC-BANK系統(tǒng)的檢測(cè)單元進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)。丹佛斯FC302系列變頻器設(shè)有專門的負(fù)載共享端子，可接至DC-BANK系統(tǒng)的執(zhí)行單元。當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生晃電現(xiàn)象時(shí)，通過DC-BANK系統(tǒng)的檢測(cè)單元檢測(cè)到的掉電信號(hào)，通過執(zhí)行單元將DC-BANK系統(tǒng)自動(dòng)切入變頻器的直流母線，從而維持變頻器的持續(xù)運(yùn)行。

5 結(jié)語

DC-BANK系統(tǒng)目前已在石化、化纖和煤化行業(yè)的部分大中型傳動(dòng)系統(tǒng)中成功應(yīng)用。采用DC-BANK不間斷電源系統(tǒng)是不間斷供電的一種新的解決方案。在開關(guān)類穩(wěn)壓電源，變頻器電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，電子鎮(zhèn)流器照明系統(tǒng)有很好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)表現(xiàn)。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，晃電現(xiàn)象是很難避免的，采用直流支撐方法為一次性投資，在晃電現(xiàn)象比較頻繁的用電場(chǎng)合，可有效彌補(bǔ)晃電給生產(chǎn)帶來的損失，有效穩(wěn)定系統(tǒng)的正常運(yùn)行，系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

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