基于公共直流母线的船用多变频器系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种基于公共直流母线技术的船用多变频器系统，其特征在于多个变频器各自连接在公共的直流母线上，通过公共的整流装置接入船舶内主三相电源。公共整流装置完成从主三相电源到公共直流电源的转换，通过公共直流母线向各个变频器提供直流电源，各个变频器驱动各自对应的异步电动机。所述的船用多变频器系统只需一组公共的输入滤波装置、一组公共的三相整流装置、一组公共的过压斩波单元和一组公共的绝缘检测装置，就可以为多变频器组成的后级系统提供可靠的工作保障。极大地提高了整个系统的工作可靠性。本实用新型专利技术主要应用在船舶交流驱动变频系统，用于船舶的绞车负载、风机负载、泵类负载等的多变频器交流驱动。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及应用于船舶交流驱动变频系统，为多个变频器组成的系统 提供公共直流电源。其可以广泛应用于船舶领域，尤其适用于具有多驱动单元 的工程船舶领域。技术背景目前，船舶的驱动领域广泛使用液压传动系统或者是变极电动机传动，存 在系统复杂、效率低、维修任务量大等诸多的缺点，正在逐渐被先进的使用变 频器的交流传动系统所替代。变频器交流传动系统可以克服前述传统驱动系统 的种种不足，更具有高启动扭矩、宽广的无级调速范围和可充分发挥电制动的 特点，代表着本领域的技术发展方向。目前我国船舶
已在工程船舶制造业中尝试使用变频器加异步电动 机构成的交流传动系统，并在初步运用中认识了交流传动的优越性。由于受一般变频器使用方法的影响，目前变频器在船舶上的运用方式普遍 是一对一的方式，即一个变频器对应驱动一个负载异步电动机，每个变频器都 是独立接入三相主电源系统。也就是说即使一条船上同时使用了数个变频器， 但是每个变频器和电动机组成的系统都是各自独立的。这种构成方式虽然技术 简单，但是没有充分发挥变频器在成组运用时的技术潜力，其经济性和性能的 优越性尚有很大的提高空间。
技术实现思路
本技术的目的是为多变频器驱动系统提供一种公共直流母线技术，主 要用于船舶领域的绞车负载、风机负载、泵类负载等的多变频器交流驱动，也 可以延伸到其他领域的同类运用场合。本技术的技术解决方案是这样实现的一种基于公共直流母线的船用多变频器系统，包括多组变频器和异步电动机，其特征在于还包括一个公共直流母线系统和总控单元ccu，所述的公共直流母线系统的输入端通过公共整流器和输入滤波器接入船用三相主电源，母线上则并联接入公共过压斩波器和系统绝缘检测装置；所述的变频器的一端并联 接入公共直流母线， 一端则与拖动用的异步电动机相连接;所述的总控单元CCU 通过其CPU板和CAN或MODBUS网络对所述变频器系统进行控制。 与现有技术相比较，本技术的优点在于(1) 对船舶内主三相电源的容量要求较小。由于共用公共直流母线，当多 个变频器成组协同工作时，有的变频器处于牵引消耗电能状态，有的变频器处 于电制动发出电能的状态，电制动变频器发出的电能能够被牵引变频器所使用。 也就是说，多变频器共用公共直流母线，系统内部可以自然进行能量的循环再 利用，可以极大地减小系统从船舶电网消耗的电能。(2) 具有能量存储再利用的优势。由于共用公共直流母线，多个变频器的 中间支撑电容全部并联起来，组成了一个巨大的能量存储设备。由于过压斩波 单元设定的启动工作电压通常比三相整流后的直流母线电压高出很多，即使多 变频器系统电制动再生的电能大于牵引消耗的电能，多出的电能完全能够被这 个巨大的能量存储设备所储备，在牵引消耗的电能大于电制动再生的电能时再 消耗掉。说明多变频器共用公共直流母线，具有能量存储再利用的优势。(3) 具有系统发热量最小的优势。由于船舶机械工作的特殊性，在实际的 多变频器协同工作中，处于牵引工作的变频器从公共直流母线上所吸收的电能， 一定要比处于制动工作的变频器回馈到公共直流母线上的再生电能大，所以再 生回馈到公共直流母线上的能量一般情况下都可以被牵引变频器完全利用，不 会造成再生能量的累积而过压，过压斩波单元自然也就不会工作。这是公共直 流母线方案的最大优点。相对而言， 一对一的单个变频器方式则无法实现这样 的再生电能的重新利用，必须通过制动电阻器将这部分电能白白的消耗掉，即 不经济，又要造成巨大的发热量，给相对狭小船舱里的变频器设备造成致命的 危害。(4) 具有系统低成本的优势。由于共用公共直流母线，每个变频器都不需 要单独配套三相整流器和制动斩波器以及制动电阻，而只是共用一个公共整流 器和一个公共过压斩波单元，其容量都比每个变频器的总和要小得多，而且系统结构更加简单，直接导致系统的成本较大幅度的降低。(5)具有系统可靠性高的优势。相对一对一的单个变频器方式，由于共用 公共直流母线，每个变频器都不需要单独配套三相整流器和制动斩波器以及制 动电阻，而只是共用一个公共整流器和公共过压斩波器，系统结构更加简单。 简单的系统结构，较少的整流器和制动斩波器，使主电路系统的功率线路更加 简洁，故障点较大程度地减少，相应提高了系统的工作可靠性。附图说明本技术有附图5幅，其中图1是本技术的电气结构框图；图2是本技术中公共输入滤波装置的内部电路示意图。 图3是本技术中公共整流装置的内部电路示意图。 图4是本技术中公共过压斩波单元的内部电路示意图。 图5是本技术的控制软件流程图。在图中1、公共输入滤波装置，2、公共整流装置，3、公共直流母线，4、 公共过压斩波器，5、系统绝缘检测装置，6、变频器，7、负载电动机，8、总 控单元。具体实施方式如图1_图5所示的一种基于公共直流母线的多变频器系统，其特征在于多 个变频器各自连接在公共的直流母线上，通过公共的整流装置接入船舶内主三 相电源。公共整流装置2完成从主三相电源到公共直流电源的转换；公共直流 母线3向各个变频器6提供直流电源;各个变频器驱动各自对应的异步电动机7。 系统还包括输入滤波装置l、公共过压斩波单元4、系统绝缘检测装置5和总控 单元8。本技术所含的输入滤波装置1的内部电路如图2所示。主要是以一组 三相滤波电抗器和匹配的三组电容器、三相电磁兼容滤波器组成。根据系统的 额定输入电流，针对电网谐波含量的要求和对同一电网上其他设备的电磁兼容 性要求，计算相应的滤波参数，设计并制造系统专门的输入滤波装置。本技术所含的公共整流装置2的内部电路如图3所示。主要采用普通 的二极管整流装置，两组并联的冗余方案。由于二极管整流装置的成本比较低廉，系统可以设置两组完全一样的整流装置，每组整流装置的容量都可以满足 系统额定容量的要求。既使运行中一组整流装置发生故障报警，另一组整流装 置仍然能够满足后级变频器系统的正常运行，提高了系统的工作可靠性。本技术所含的公共直流母线3主要是由铜排和大电缆组成，把公共整流装置的直流输出接入每个变频器的直流输入端子，公共过压斩波单元4和系 统绝缘检观，装置5也挂接在公共直流母线上。本技术所含的公共过压斩波单元4的内部电路如图4所示。主要采用 IGBT元件即绝缘栅极大功率晶体管和大功率电阻组成，两组并联的冗余方案。 由于现场工作中过压情况的多样性，系统设置两组完全一样的过压斩波单元， 每组的容量是系统要求的额定容量的一半。在系统过压情况不严重时，可以只 投入一组工作；如果仍然不能够有效抑制过压，才把另一组投入工作；而且在 运行中如果一组发生故障报警，另一组仍然能够满足系统一般情况下的正常运 行。这样做并不增加成本，但是可以极大提高系统的工作可靠性。本技术所含的系统绝缘检测装置5主要是由电流互感器和电子执行电 路组成，电流互感器实时在线检测整个公共直流母线系统的泄漏电流，电子执 行电路根据设定的泄漏电流警戒值进行故障报警。本技术所含的各个变频器6可以根据现场负载的需要选用各种各样的 工业变频器。目前主流品牌的变频器都可以用来实现本技术。在使用中需 要将母线直流电源直接接入各个变频器的直流输入端子，并对变频器控制界面 进行相应的设置即可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于公共直流母线的船用多变频器系统，包括多组变频器和异步电动机，其特征在于还包括一个公共直流母线系统（３）和总控单元ＣＣＵ（８），所述的公共直流母线系统的输入端通过公共整流器（２）和输入滤波器（１）接入船用三相主电源，母线上则并联接入公共过压斩波器（４）和系统绝缘检测装置（５）；所述的变频器（６）的一端并联接入公共直流母线（３），一端则与拖动用的异步电动机（７）相连接；所述的总控单元ＣＣＵ通过其ＣＰＵ板和ＣＡＮ或ＭＯＤＢＵＳ网络对所述变频器系统进行控制。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：奚国华，吕海，车向中，郭建斌，姜悦礼，马晨普，
申请(专利权)人：谢步明，
类型：实用新型
国别省市：91[中国|大连]