高压变频器快速制动系统及控制方法技术方案

本发明专利技术提供了一种高压变频器快速制动系统及控制方法，所述高压变频器包括移相变压单元以及多个功率单元，所述快速制动系统包括制动能量吸收单元以及制动控制单元，其中：所述制动能量吸收单元包括三相接触器以及三个制动电阻；所述三相接触器的第一端分别连接到高压变频器的三相输出线，所述三个制动电阻以星形或三角形连接方式连接到所述三相接触器的第二端；所述制动控制单元根据接收的快速制动信号控制所述三相接触器闭合，并在所述高压变频器的输出频率达到目标频率时控制所述三相接触器断开。本发明专利技术通过将三个制动电阻连接到高压变频器的三相输出线，无需在功率单元内部增加制动刹车模块即可快速吸收电动机制动所生成的能量，结构简单可靠。

【技术实现步骤摘要】
高压变频器快速制动系统及控制方法
本专利技术涉及高压变频器领域，更具体地说，涉及一种高压变频器快速制动系统及控制方法。
技术介绍
目前，高压大功率电动机已广泛应用于工业领域，例如钢铁工业用的轧钢机，石油化工生产用的压缩机，电力行业的给水泵、引风机等。功率单元级联型高压变频器由于其高可靠性和完美的输出电压波形，在高压大功率电动机的变频调速领域得到了广泛的应用。在发电厂的引风机应用中，有FCB(FASTCUTBACK，快速切回)需求。FCB控制的基本功能是：当机组在正常工况下运行时，若由于发电动机解裂，机组的FCB功能将自动投运，快速甩负荷并带厂用电稳定运行。在机组甩负荷过程中，能保证机组运行参数的变化在安全范围内，而且不引起停机停炉保护动作，不危及设备安全，以便有可能较快的重新并网发电。以引风机为例，引风机在正常生产时，通常频率在45Hz，若由于发电机解裂，需要快速甩负载，也就是快速减速下来，通常目标频率在20Hz以下，且整个制动时间一般在30s以内。通常，当两象限变频器应用于快速制动的场合时，如果变频器不做任何处理，将会因电动机发电能量回馈导致功率单元母线电压升高，并造成功率单元母线过压故障。为避免上述问题，目前的主要做法是在功率单元内部加装制动装置，吸收电动机发电能量。然而，该方案需要在每个功率单元内部加装制动能量吸收装置，以吸收电动机发电能量，从而大大增加系统的复杂性，成本、体积也大大增加。另外，由于是高压系统，功率单元内部加装制动能量吸收装置后，系统的绝缘及可靠性也是很大的问题。还有一种做法是在电动机定子侧注入高频信号，使电动机内阻因内部的集肤效应而增加，从而把电动机发电能量消耗在电动机绕组内部，该方案也称为叠频制动法。但在叠频制动过程中，电动机的发热会随着吸收的能量成比例增加，并且在制动过程中电动机噪音会很大；该方案只适合电动机短时间制动，并且需要实时监控电动机绕组内部温升，否则将导致电动机绕组烧坏。此外，还有一种做法是使用四象限变频器，在FCB制动信号有效后，通过四象限变频将引风机快速制动产生的能量回馈到电网。该方案虽然可以很好地解决功率单元母线电压升高的问题，但该方案中的功率单元采用背靠背结构，功率器件数量将增加一倍，从而导致成本增加、系统控制复杂。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于，针对上述电动机快速切回时控制过程复杂、成本高的问题，提供一种新的高压变频器快速制动系统及控制方法。本专利技术解决上述技术问题的技术方案是，提供一种高压变频器快速制动系统，所述高压变频器包括移相变压单元以及多个功率单元，所述多个功率单元的输入端分别连接到所述移相变压单元二次侧的多个输出端，且所述多个功率单元的输出端分组串联后连接到所述高压变频器的三相输出线；所述快速制动系统包括制动能量吸收单元以及制动控制单元，其中：所述制动能量吸收单元包括三相接触器以及三个制动电阻；所述三相接触器的第一端分别连接到所述高压变频器的三相输出线，所述三个制动电阻以星形或三角形连接方式连接到所述三相接触器的第二端；所述制动控制单元根据接收的快速制动信号控制所述三相接触器闭合，并在所述高压变频器的输出频率达到目标频率时控制所述三相接触器断开。在本专利技术所述的高压变频器快速制动系统中，所述快速制动系统包括电压检测单元，所述电压检测单元用于检测功率单元的直流母线电压；所述高压变频器的主控制板在所述三相接触器闭合时，根据检测获得的直流母线电压中的最大值调整每一所述功率单元的输出电压以调整输出转矩。在本专利技术所述的高压变频器快速制动系统中，所述使高压变频器的主控制板包括磁链调节器、第一电流调节器、速度调节器、第二电流调节器以及直流母线电压调节器；在所述三相接触器断开时，所述磁链调节器根据定子磁链给定及定子磁链反馈值生成励磁电流指令，并由所述第一电流调节器根据所述励磁电流指令及励磁电流反馈值生成第一输出电压指令；所述速度调节器根据速度给定及速度反馈值生成第一转矩电流指令，并由所述第二电流调节器根据所述第一转矩电流指令及转矩电流反馈值生成第二输出电压指令；所述高压变频器的功率单元控制板根据所述第一输出电压指令和第二输出电压指令控制所述功率单元的逆变操作。在本专利技术所述的高压变频器快速制动系统中，所述主控制板包括母线电压调节器；在所述三相接触器闭合时，所述母线电压调节器根据母线电压给定值及所述电压检测单元检测获得的所有功率单元的直流母线电压中的最大值的差值，生成第二转矩电流指令，并由所述第二电流调节器根据所述第二转矩电流指令及转矩电流反馈值生成第三输出电压指令；所述高压变频器的功率单元控制板根据所述第一输出电压指令和第三输出电压指令控制所述功率单元的逆变操作。在本专利技术所述的高压变频器快速制动系统中，在所述三相接触器闭合时，所述主控制板使所述高压变频器的输出转矩TM为：其中UN为所述高压变频器所连接的电动机的额定电压，R为制动电阻的阻值，n为所述电动机的当前转速，ne为所述电动机的额定转速。本专利技术还提供一种高压变频器快速制动控制方法，所述高压变频器包括移相变压单元以及多个功率单元，所述多个功率单元的输入端分别连接到所述移相变压单元二次侧的多个输出端，且所述多个功率单元的输出端分组串联后连接到所述高压变频器的三相输出线；所述控制方法包括以下步骤：根据接收的快速制动信号控制制动能量吸收单元的三相接触器闭合，在所述制动能量吸收单元中，所述三相接触器的第一端分别连接到所述高压变频器的三相输出线，且所述三相接触器的第二端具有以星形或三角形连接方式连接的三个制动电阻；在所述高压变频器的输出频率达到目标频率时，控制所述三相接触器断开。在本专利技术所述的高压变频器快速制动控制方法中，所述控制方法还包括：检测每一功率单元的直流母线电压，并获得所述多个功率单元的直流母线电压中的最大值；在所述三相接触器闭合时，根据所述直流母线电压中的最大值调整每一所述功率单元的输出电压以调整输出转矩。在本专利技术所述的高压变频器快速制动控制方法中，所述控制方法包括：在所述三相接触器断开时，根据定子磁链给定及定子磁链反馈值生成励磁电流指令，并由根据所述励磁电流指令及励磁电流反馈值生成第一输出电压指令；根据速度给定及速度反馈值生成第一转矩电流指令，并根据所述第一转矩电流指令及转矩电流反馈值生成第二输出电压指令；根据所述第一输出电压指令和第二输出电压指令控制所述功率单元的逆变操作。在本专利技术所述的高压变频器快速制动控制方法中，所述控制方法包括：在所述三相接触器闭合时，根据母线电压给定值及所述多个功率单元的直流母线电压中的最大值的差值，生成第二转矩电流指令，并根据所述第二转矩电流指令及转矩电流反馈值生成第三输出电压指令；根据所述第一输出电压指令和第三输出电压指令控制所述功率单元的逆变操作。在本专利技术所述的高压变频器快速制动控制方法中，在所述三相接触器闭合时，所述高压变频器驱动电机的输出转矩TM为：其中UN为所述高压变频器所连接的电动机的额定电压，R为制动电阻的阻值，n为所述电动机的当前转速，ne为所述电动机的额定转速。本专利技术的高压变频器快速制动系统及控制方法，通过将三个制动电阻连接到高压变频器的三相输出线，无需在功率单元内部增加制动刹车模块即可快速吸收电动机制动所生成的能量，结构简单可靠。附图说明图1是本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高压变频器快速制动系统，所述高压变频器包括移相变压单元以及多个功率单元，所述多个功率单元的输入端分别连接到所述移相变压单元二次侧的多个输出端，且所述多个功率单元的输出端分组串联后连接到所述高压变频器的三相输出线；其特征在于，所述快速制动系统包括制动能量吸收单元以及制动控制单元，其中：所述制动能量吸收单元包括三相接触器以及三个制动电阻；所述三相接触器的第一端分别连接到所述高压变频器的三相输出线，所述三个制动电阻以星形或三角形连接方式连接到所述三相接触器的第二端；所述制动控制单元根据接收的快速制动信号控制所述三相接触器闭合，并在所述高压变频器的输出频率达到目标频率时控制所述三相接触器断开。

【技术特征摘要】
1.一种高压变频器快速制动系统，所述高压变频器包括移相变压单元以及多个功率单元，所述多个功率单元的输入端分别连接到所述移相变压单元二次侧的多个输出端，且所述多个功率单元的输出端分组串联后连接到所述高压变频器的三相输出线；其特征在于，所述快速制动系统包括制动能量吸收单元以及制动控制单元，其中：所述制动能量吸收单元包括三相接触器以及三个制动电阻；所述三相接触器的第一端分别连接到所述高压变频器的三相输出线，所述三个制动电阻以星形或三角形连接方式连接到所述三相接触器的第二端；所述制动控制单元根据接收的快速制动信号控制所述三相接触器闭合，并在所述高压变频器的输出频率达到目标频率时控制所述三相接触器断开。2.根据权利要求1所述的高压变频器快速制动系统，其特征在于，所述快速制动系统包括电压检测单元，所述电压检测单元用于检测所述功率单元的直流母线电压；所述高压变频器的主控制板在所述三相接触器闭合时，根据检测获得的直流母线电压中的最大值调整每一所述功率单元的输出电压以调整输出转矩。3.根据权利要求2所述的高压变频器快速制动系统，其特征在于，所述高压变频器的主控制板包括磁链调节器、第一电流调节器、速度调节器以及第二电流调节器；在所述三相接触器断开时，所述磁链调节器根据定子磁链给定及定子磁链反馈值生成励磁电流指令，并由所述第一电流调节器根据所述励磁电流指令及励磁电流反馈值生成第一输出电压指令；所述速度调节器根据速度给定及速度反馈值生成第一转矩电流指令，并由所述第二电流调节器根据所述第一转矩电流指令及转矩电流反馈值生成第二输出电压指令；所述高压变频器的功率单元控制板根据所述第一输出电压指令和第二输出电压指令控制所述功率单元的逆变操作。4.根据权利要求3所述的高压变频器快速制动系统，其特征在于，所述主控制板包括母线电压调节器；在所述三相接触器闭合时，所述母线电压调节器根据母线电压给定值及所述电压检测单元检测获得的所有功率单元的直流母线电压中的最大值的差值，生成第二转矩电流指令，并由所述第二电流调节器根据所述第二转矩电流指令及转矩电流反馈值生成第三输出电压指令；所述高压变频器的功率单元控制板根据所述第一输出电压指令和第三输出电压指令控制所述功率单元的逆变操作。5.根据权利要求2所述的高压变频器快速制动系统，其特征在于：在所述三相接触器闭合时，所述主控制板使所述高压变频器的输出转矩TM为：

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡准，翁翔羿，陈实，潘爱国，
申请(专利权)人：苏州汇川技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32