DC—BANK系統對變頻器抗晃電的應用探討

秦夢陽

摘要：電網晃電現象因為種種原因，在現代工業生產中時有發生。變頻器應對晃電能力較差，發生晃電現象時會啟動低壓保護從而導致設備的停止運行。通過在變頻器直流母線側增加DC-BANK直流支撐系統，當電網出現波動時，系統在DC-BANK的檢測單元和執行單元協同作用下，DC-BANK自動切入到變頻器的直流母線，從而保證電機在直流電源的支撐下不間斷運行，能達到很好的抗晃電效果。

關鍵詞：變頻器；DC-BANK系統；抗晃電

中圖分類號：TM92 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）01（a）-0000-00

變頻器以其高效率，高功率因數，以及優異的調速和啟制動性，在工業生產中的應用越來越普及。因為各種各樣的因素，晃電現象時有發生，而變頻器應對晃電能力較差。當發生晃電時，變頻器將啟動保護功能，停止運行，造成非計劃停車。通過對變頻器增加直流支撐系統DC-BANK進行改造，增加其抗晃電能力，能很好的抑制因電網晃電而導致系統非計劃停車帶來的損失。

1 晃電現象對變頻器的影響

晃電是指電網電壓暫時跌落或者消失，而在很短的時間內（一般為幾秒之內），電源電壓又恢復正常的現象。其產生的原因可分為內因及外因：

（1）內因：系統本身接有大功率電動機、整流器、電弧爐之類單相負荷等干擾性負荷，對電網產出負面影響，如無功沖擊，諧波，負序等。這些影響可能會通過公共連接點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備故障、線路切換、電容器投切等均由可能干擾系統，造成電壓波動甚至斷電，嚴重時會影響相鄰線路，造成有害影響的蔓延。對于10kV線路，其特點是面廣，用戶分布點多，易產生過電流或短路故障，發生故障后，在線路繼電保護作用下，發生故障的回路被切除。在故障發生到故障切除期間，其他回路電壓會暫降，導致晃電現象的發生。

大部分變頻器都具有失壓、過壓和瞬間斷電的保護功能。在變頻器斷電或失壓后，一般的變頻器仍會工作一段時間，若斷電或失壓的時間大于此工作時間，變頻器將啟動保護功能，停止運行，造成非計劃停車。

2 DC-BANK系統

長期以來，在連續性較強的工藝生產中，當電網發生晃電（甚至毫秒級的斷電）等供電故障時，均有可能使電機驅動的動力設備受到較大的擾動甚至停機。造成連續性生產中斷，設備損壞，產生大量的次品、廢品，造成嚴重的經濟損失。

為解決電動機因電網晃電引發的工藝、設備問題，就出現了用于電動機負載的﹑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，是在交流電網晃電或斷電時靜態開關開通及時為變頻器提供穩定、持續、不間斷的直流電源設備，在交直流電源之間達到無擾動切換，保證了變頻器繼續運行并驅動電動機。DC-BANK是低壓電機群專用不間斷電源系統，特別適用于多負載連續生產的化纖鋼鐵，石油化工，玻璃等行業。DC-BANK可有效的解決電網晃電對變頻器帶來的影響，同時還具備可靠性高，利用效率高等優點。DC-BANK相對于同樣應用廣泛的UPS，具備以下優點：

（1）UPS因系統復雜，可靠性差，沒有標準化等問題，導致維護難度較大；DC-BANK與變頻器通常采用的是并聯連接形式，系統采用框架式結構，可靠性高，維護起來相對方便。

（2）UPS可靠性不高，需要設計復雜的配置方式提高其可靠性；得益于 DC-BANK與變頻器的并聯連接形式，使得每個負載的電源保護都相對獨立，通過DC-BANK對直流母線供電，就使得變頻器在原有的基礎上增加了一路直流備用供電，因而具有更高的可靠性。

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

（4）DC-BANK系統較UPS具備更高的外殼防護等級，能適應更加惡劣的工業現場環境。

3 DC-BANK系統工作原理

DC-BANK系統主要由充電器、儲能單元、檢測單元和執行單元等組成。DC-BANK系統工作原理簡圖1和圖2所示。DC-BANK系統基于變頻器的系統組織架構。主回路供電在市電正常情況下，經交流配電系統、變頻器、電動機受電端，使得電機帶動各種電氣設備運行。此時DC-BANK系統僅作為變頻器的在線備用電源。當電網出現波動時，系統在檢測單元和執行單元協同作用下，DC-BANK自動切入變頻器的直流母線，保證電機在直流電源的支撐下不間斷運行。當市電恢復正常供電，系統在檢測單元和執行單元協同作用下，迅速切斷DC-BANK，變頻器此后恢復為市電供電，蓄電池轉為自動維護狀態。

4 對丹佛斯FC302系列變頻器抗晃電應用探討

丹佛斯FC302系列變頻器雖然具備能量儲備功能，在發生掉電時可以使用動能產生的功率控制減速，但在電網長時間掉電情況下，仍需要DC-BANK直流支撐系統來維持變頻器的供電，從而保證液體泵的持續運行。如下圖所示，主回路供電在市電正常情況下，DC-BANK系統僅作為變頻器的在線備用電源，變頻器的交流輸入信號及變頻器的運行和故障信號送到DC-BANK系統的檢測單元進行實時檢測。丹佛斯FC302系列變頻器設有專門的負載共享端子，可接至DC-BANK系統的執行單元。當電網發生晃電現象時，通過DC-BANK系統的檢測單元檢測到的掉電信號，通過執行單元將DC-BANK系統自動切入變頻器的直流母線，從而維持變頻器的持續運行。

5 結語

DC-BANK系統目前已在石化、化纖和煤化行業的部分大中型傳動系統中成功應用。采用DC-BANK不間斷電源系統是不間斷供電的一種新的解決方案。在開關類穩壓電源，變頻器電動機驅動系統，電子鎮流器照明系統有很好的技術經濟表現。在實際生產過程中，晃電現象是很難避免的，采用直流支撐方法為一次性投資，在晃電現象比較頻繁的用電場合，可有效彌補晃電給生產帶來的損失，有效穩定系統的正常運行，系統長期運行會產生明顯的經濟效益。

參考文獻：

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