高壓變頻器制動(dòng)減速保護(hù)系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種高壓變頻器制動(dòng)減速保護(hù)系統(tǒng)，所述高壓變頻器采用功率單元串聯(lián)型結(jié)構(gòu)，包括電壓采樣單元、壓差計(jì)算單元以及第一自調(diào)整控制器，其中電壓采樣單元用于采樣高壓變頻器的所有功率單元的直流母線電壓；壓差計(jì)算單元用于計(jì)算所述直流母線電壓的變化值；所述第一自調(diào)整控制器，用于在所述直流母線電壓的變化值超過(guò)第一閾值時(shí)，使高壓變頻器停止向電動(dòng)機(jī)輸出制動(dòng)電壓。本發(fā)明還提供一種對(duì)應(yīng)的方法。本發(fā)明通過(guò)在高壓變頻器制動(dòng)運(yùn)行時(shí)根據(jù)功率單元的直流母線電壓變化值自動(dòng)調(diào)整減速時(shí)間和/或速度調(diào)節(jié)器的輸出轉(zhuǎn)矩上限，無(wú)需額外增加電路即可避免功率單元過(guò)壓，降低了高壓變頻器的成本。
【專利說(shuō)明】高壓變頻器制動(dòng)減速保護(hù)系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及高壓變頻器控制領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，涉及一種高壓變頻器制動(dòng)減速保護(hù)系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]高壓變頻器廣泛應(yīng)用于石油化工、礦業(yè)、冶金及城市建設(shè)等應(yīng)用領(lǐng)域，在降低能耗、改善工藝等方面起著重要的作用。目前高壓變頻器主回路主要采用了功率單元串聯(lián)型結(jié)構(gòu)。功率單元串聯(lián)型多電平高壓變頻器是廣泛應(yīng)用的高壓變頻器，如圖1、2所示，其輸入側(cè)通過(guò)移相變壓器移相隔離，降壓得到多組低壓三相交流電，每組三相低壓交流電接入不同功率單元(例如Al單元-A5單元、BI單元-B5單元、Cl單元-C5單元),并經(jīng)功率單元整流濾波、逆變后輸出串聯(lián)，得到高壓交流輸出到高壓電動(dòng)機(jī)，其中每一功率單元通過(guò)控制板控制運(yùn)行。
[0003]如圖3所示，是上述高壓變頻器的矢量控制示意圖，其通過(guò)磁鏈環(huán)、速度環(huán)和電流環(huán)實(shí)現(xiàn)高壓變頻器的運(yùn)行控制:速度給定與速度反饋差值經(jīng)過(guò)速度調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)輸出，速度環(huán)輸出為轉(zhuǎn)矩電流給定大??；磁鏈給定與磁鏈反饋差值經(jīng)過(guò)磁鏈調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)輸出，磁鏈環(huán)輸出為勵(lì)磁電流給定；電流環(huán)輸出為指令電壓給定。
[0004]在高壓電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)用的場(chǎng)合，由于系統(tǒng)慣性非常大，從額定轉(zhuǎn)速開(kāi)始自由停車，需要幾十分鐘甚至幾個(gè)小時(shí)，因此有的高壓電動(dòng)機(jī)應(yīng)用場(chǎng)合需要通過(guò)高壓變頻器快速減速停車。然而在通過(guò)變頻器快速減速停車時(shí)，高壓電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，此時(shí)制動(dòng)能量通過(guò)逆變側(cè)回饋到電網(wǎng)。由于電網(wǎng)側(cè)往往采用二極管整流，容易造成功率單元的母線電壓升高，若減速時(shí)間過(guò)快，會(huì)造成功率單元過(guò)壓故障。
[0005]為避免功率單元過(guò)壓，通常高壓變頻器采用為功率單元配置制動(dòng)能量吸收電路，以抑制減速制動(dòng)時(shí)功率單元過(guò)壓，但這將大大增加高壓變頻器成本。
[0006]也有通過(guò)增大每個(gè)功率單元內(nèi)直流母線電容值，或者增大母線電容側(cè)均壓電阻的功率、減小均壓電阻阻值來(lái)達(dá)到對(duì)制動(dòng)能量的吸收，以實(shí)現(xiàn)對(duì)制動(dòng)能量的吸收。但這不但增加了成本，而且增加了功率單元內(nèi)散熱負(fù)擔(dān)。并且在減速制動(dòng)時(shí)依然存在功率單元過(guò)壓的可能性，無(wú)法從根本上解決制動(dòng)能量回饋問(wèn)題。
[0007]此外，還有在制動(dòng)時(shí)通過(guò)提高功率單元的IGBT開(kāi)關(guān)頻率、增加功率單元本身的損耗實(shí)現(xiàn)減速制動(dòng)時(shí)能量吸收，但功率單元本身的消耗的能量有限，并且長(zhǎng)期使用將嚴(yán)重影響功率單元的IGBT的壽命。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，針對(duì)上述串聯(lián)型高壓變頻器功率單元制動(dòng)過(guò)壓的問(wèn)題，提供一種高壓變頻器制動(dòng)減速保護(hù)系統(tǒng)及方法。
[0009]本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案是，提供一種高壓變頻器制動(dòng)減速保護(hù)系統(tǒng)，所述高壓變頻器采用功率單元串聯(lián)型結(jié)構(gòu)，包括電壓采樣單元、壓差計(jì)算單元以及第一自調(diào)整控制器，其中:所述電壓采樣單元，用于在所述高壓變頻器處于減速制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，在每一采樣周期采樣高壓變頻器的所有功率單元的直流母線電壓；所述壓差計(jì)算單元，用于計(jì)算所述直流母線電壓的變化值；所述第一自調(diào)整控制器，用于在所述直流母線電壓的變化值超過(guò)第一閾值時(shí)，使高壓變頻器停止向電動(dòng)機(jī)輸出制動(dòng)電壓。
[0010]在本發(fā)明所述的高壓變頻器制動(dòng)減速保護(hù)系統(tǒng)中，所述保護(hù)系統(tǒng)包括第二自調(diào)整控制器，用于在所述直流母線電壓的變化值小于第一閾值且大于第二閾值時(shí)上調(diào)高壓變頻器設(shè)定的減速步長(zhǎng)、在所述直流母線電壓的變化值為負(fù)時(shí)下調(diào)高壓變頻器設(shè)定的減速步長(zhǎng)，并使用調(diào)整后的減速步長(zhǎng)生成輸出到電動(dòng)機(jī)的電壓；所述第二閾值為正且小于第一閾值。
[0011]在本發(fā)明所述的高壓變頻器制動(dòng)減速保護(hù)系統(tǒng)中，所述保護(hù)系統(tǒng)包括第三自調(diào)整控制器，用于在所述直流母線電壓的變化值小于第一閾值且大于第二閾值時(shí)上調(diào)高壓變頻器設(shè)定的減速步長(zhǎng)時(shí)下調(diào)速度調(diào)節(jié)器的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩上限、在所述直流母線電壓的變化值為負(fù)時(shí)上調(diào)速度調(diào)節(jié)器的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩上限，并使用調(diào)整后的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩上限生成輸出到電動(dòng)機(jī)的電壓；所述第二閾值為正且小于第一閾值。
[0012]在本發(fā)明所述的高壓變頻器制動(dòng)減速保護(hù)系統(tǒng)中，所述壓差計(jì)算單元將當(dāng)前采樣周期內(nèi)所有功率單元中直流母線電壓最大值與前一采樣周期內(nèi)所有功率單元中直流母線電壓最大值之差作為直流母線電壓的變化值。
[0013]在本發(fā)明所述的高壓變頻器制動(dòng)減速保護(hù)系統(tǒng)中，所述第二自調(diào)整控制器調(diào)整減速步長(zhǎng)和/或所述第三自調(diào)整控制器調(diào)整速度調(diào)節(jié)器的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩上限的幅度與直流母線電壓的變化值的絕對(duì)值同向變化。
[0014]在本發(fā)明所述的高壓變頻器制動(dòng)減速保護(hù)系統(tǒng)中，每一所述功率單元的控制板包括一個(gè)電壓采樣單元，且所述采樣周期為所有功率單元的控制板中的電壓采樣單元將各自母線電壓值上傳到高壓變頻器主控系統(tǒng)的時(shí)間。
[0015]本發(fā)明還提供一種高壓變頻器制動(dòng)減速保護(hù)方法，所述高壓變頻器采用功率單元串聯(lián)型結(jié)構(gòu)，包括以下步驟:
[0016](a)在所述高壓變頻器處于減速制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，在每一采樣周期采樣高壓變頻器的所有功率單元的直流母線電壓；
[0017](b)在所述直流母線電壓的變化值超過(guò)第一閾值時(shí)，使高壓變頻器停止向電動(dòng)機(jī)輸出制動(dòng)電壓。
[0018]在本發(fā)明所述的高壓變頻器制動(dòng)減速保護(hù)方法中，所述步驟(b)包括:
[0019](bl)計(jì)算當(dāng)前采樣周期內(nèi)所有功率單元中直流母線電壓最大值與前一采樣周期內(nèi)所有功率單元中直流母線電壓最大值之差，若所述差值大于第一閾值，則執(zhí)行步驟(b2)，若所述差值大于第二閾值且小于第一閾值，則執(zhí)行步驟(b3)，若所述差值為負(fù)，則執(zhí)行步驟(b4)，其中所述第二閾值為正且小于第一閾值；
[0020](b2)使高壓變頻器停止制動(dòng)減速過(guò)程，停止向電動(dòng)機(jī)輸出制動(dòng)電壓；
[0021](b3)下調(diào)高壓變頻器的減速步長(zhǎng)和/或下調(diào)速度調(diào)節(jié)器的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩上限，并使用調(diào)整后的減速步長(zhǎng)和/或制動(dòng)轉(zhuǎn)矩上限生成輸出到電動(dòng)機(jī)的電壓；
[0022](b4)上調(diào)高壓變頻器的減速步長(zhǎng)和/或上調(diào)速度調(diào)節(jié)器的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩上限，并使用調(diào)整后的減速步長(zhǎng)和/或制動(dòng)轉(zhuǎn)矩上限生成輸出到電動(dòng)機(jī)的電壓。[0023]在本發(fā)明所述的高壓變頻器制動(dòng)減速保護(hù)方法中，所述步驟(b3)和(b4)中，減速步長(zhǎng)和/或速度調(diào)節(jié)器的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩上限調(diào)整幅度與直流母線電壓的變化值的絕對(duì)值同向變化。
[0024]在本發(fā)明所述的高壓變頻器制動(dòng)減速保護(hù)方法中，所述步驟(a)由每一功率單元的控制板分別采樣各自的直流母線電壓，且所述采樣周期為所有功率單元的控制板將各自母線電壓值上傳到高壓變頻器主控系統(tǒng)的時(shí)間。
[0025]本發(fā)明的高壓變頻器制動(dòng)減速保護(hù)系統(tǒng)及方法，通過(guò)在高壓變頻器制動(dòng)運(yùn)行時(shí)根據(jù)功率單元的直流母線電壓變化值自動(dòng)調(diào)整減速時(shí)間和/或速度調(diào)節(jié)器的輸出轉(zhuǎn)矩上限，無(wú)需額外增加電路即可避免功率單元過(guò)壓，降低了高壓變頻器的成本。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0026]圖1是現(xiàn)有功率單元串聯(lián)型多電平高壓變頻器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖2是圖1中功率單元的示意圖。
[0028]圖3是高壓變頻器速度環(huán)、電流環(huán)控制示意圖。
[0029]圖4是本發(fā)明高壓變頻器制動(dòng)減速保護(hù)系統(tǒng)實(shí)施例的示意圖。
[0030]圖5是本發(fā)明高壓變頻器制動(dòng)減速保護(hù)方法第一實(shí)施例的流程示意圖。
[0031]圖6是本發(fā)明高壓變頻器制動(dòng)減速保護(hù)方法第二實(shí)施例的流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0033]高壓電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行中由于慣性較大，其減速制動(dòng)時(shí)處于發(fā)電狀態(tài)，如果忽略電動(dòng)機(jī)定、轉(zhuǎn)子發(fā)熱以及轉(zhuǎn)換過(guò)程中的其他損耗，整個(gè)制動(dòng)過(guò)程存在以下能量轉(zhuǎn)化關(guān)系:
[0034]
【權(quán)利要求】
1.一種高壓變頻器制動(dòng)減速保護(hù)系統(tǒng)，所述高壓變頻器采用功率單元串聯(lián)型結(jié)構(gòu)，其特征在于:包括電壓采樣單元、壓差計(jì)算單元以及第一自調(diào)整控制器，其中:所述電壓采樣單元，用于在所述高壓變頻器處于減速制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，在每一采樣周期采樣高壓變頻器的所有功率單元的直流母線電壓；所述壓差計(jì)算單元，用于計(jì)算所述直流母線電壓的變化值；所述第一自調(diào)整控制器，用于在所述直流母線電壓的變化值超過(guò)第一閾值時(shí)，使高壓變頻器停止向電動(dòng)機(jī)輸出制動(dòng)電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓變頻器制動(dòng)減速保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于:所述保護(hù)系統(tǒng)包括第二自調(diào)整控制器，用于在所述直流母線電壓的變化值小于第一閾值且大于第二閾值時(shí)上調(diào)高壓變頻器設(shè)定的減速步長(zhǎng)、在所述直流母線電壓的變化值為負(fù)時(shí)下調(diào)高壓變頻器設(shè)定的減速步長(zhǎng)，并使用調(diào)整后的減速步長(zhǎng)生成輸出到電動(dòng)機(jī)的電壓；所述第二閾值為正且小于第一閾值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓變頻器制動(dòng)減速保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于:所述保護(hù)系統(tǒng)包括第三自調(diào)整控制器，用于在所述直流母線電壓的變化值小于第一閾值且大于第二閾值時(shí)上調(diào)高壓變頻器設(shè)定的減速步長(zhǎng)時(shí)下調(diào)速度調(diào)節(jié)器的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩上限、在所述直流母線電壓的變化值為負(fù)時(shí)上調(diào)速度調(diào)節(jié)器的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩上限，并使用調(diào)整后的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩上限生成輸出到電動(dòng)機(jī)的電壓；所述第二閾值為正且小于第一閾值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的高壓變頻器制動(dòng)減速保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于:所述壓差計(jì)算單元將當(dāng)前采樣周期內(nèi)所有功率單元中直流母線電壓最大值與前一采樣周期內(nèi)所有功率單元中直流母線電壓最大值之差作為直流母線電壓的變化值。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高壓變頻器制動(dòng)減速保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于:所述第二自調(diào)整控制器調(diào)整減速步長(zhǎng)和/或所述第三自調(diào)整控制器調(diào)整速度調(diào)節(jié)器的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩上限的幅度與直流母線電壓的變化值的絕對(duì)值同向變化`。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓變頻器制動(dòng)減速保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于:每一所述功率單元的控制板包括一個(gè)電壓采樣單元，且所述采樣周期為所有功率單元的控制板中的電壓采樣單元將各自母線電壓值上傳到高壓變頻器主控系統(tǒng)的時(shí)間。
7.一種高壓變頻器制動(dòng)減速保護(hù)方法，所述高壓變頻器采用功率單元串聯(lián)型結(jié)構(gòu)，其特征在于:包括以下步驟: (a)在所述高壓變頻器處于減速制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，在每一采樣周期采樣高壓變頻器的所有功率單元的直流母線電壓； (b)在所述直流母線電壓的變化值超過(guò)第一閾值時(shí)，使高壓變頻器停止向電動(dòng)機(jī)輸出制動(dòng)電壓。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的高壓變頻器制動(dòng)減速保護(hù)方法，其特征在于:所述步驟(b)包括: (bl)計(jì)算當(dāng)前采樣周期內(nèi)所有功率單元中直流母線電壓最大值與前一采樣周期內(nèi)所有功率單元中直流母線電壓最大值之差，若所述差值大于第一閾值，則執(zhí)行步驟(b2)，若所述差值大于第二閾值且小于第一閾值，則執(zhí)行步驟(b3)，若所述差值為負(fù)，則執(zhí)行步驟(b4)，其中所述第二閾值為正且小于第一閾值； (b2)使高壓變頻器停止制動(dòng)減速過(guò)程，停止向電動(dòng)機(jī)輸出制動(dòng)電壓； (b3)下調(diào)高壓變頻器的減速步長(zhǎng)和/或下調(diào)速度調(diào)節(jié)器的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩上限，并使用調(diào)整后的減速步長(zhǎng)和/或制動(dòng)轉(zhuǎn)矩上限生成輸出到電動(dòng)機(jī)的電壓； (b4)上調(diào)高壓變頻器的減速步長(zhǎng)和/或上調(diào)速度調(diào)節(jié)器的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩上限，并使用調(diào)整后的減速步長(zhǎng)和/或制動(dòng)轉(zhuǎn)矩上限生成輸出到電動(dòng)機(jī)的電壓。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的高壓變頻器制動(dòng)減速保護(hù)方法，其特征在于:所述步驟(b3)和(b4)中，減速步長(zhǎng)和/或速度調(diào)節(jié)器的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩上限調(diào)整幅度與直流母線電壓的變化值的絕對(duì)值同向變化。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的高壓變頻器制動(dòng)減速保護(hù)方法，其特征在于:所述步驟(a)由每一功率單元的控制板分別采樣各自的直流母線電壓，且所述采樣周期為所有功率單元的控制板將各自母線電壓值上傳到高壓變頻器主控系統(tǒng)的時(shí)間。
【文檔編號(hào)】H02P3/18GK103501135SQ201310481732
【公開(kāi)日】2014年1月8日 申請(qǐng)日期:2013年10月15日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月15日
【發(fā)明者】蔡準(zhǔn) 申請(qǐng)人:蘇州匯川技術(shù)有限公司