国臣DC-BANK半导体行业变频抗晃电解决方案

DC－BANK系统 技术方案 目 录 一、变频器正常使用时存在的问题 二、技术关键: 三、系统组成 1、DC-BANK系统组成 2、直流电源子系统的原理 3、直流电源子系统主要设备 4、控制系统(SIS) 4.1 抗晃电专用监测单元 4．2 AB LOGIX顺序控制器 4．3 执行单元－ABB直流断路器和直流接触器 四、现场环境及系统配置 1、现有的设备 2、设备逻辑控制图 3、主要配置 4、设备功能要求 5、人机界面监控案例 6、上位机监控案例 四、技术服务 1、技术资料 2安装调试 （1）、安装指导 （2）、设计联络 （3）、设备安装调试 （4）服务计划 （5）培训 （6）质量保修承诺： 五、该项目实施的最终结果 一、变频器正常使用时存在的问题 随着电力电子技术的发展,变频器以其调速精确、使用简单、保护功能齐全等优点逐步代替传统的调速控制装置而得到广泛应用;但由于国内某些工厂的电网电压不稳定，导致变频器在使用中产生了新的问题—变频器低压跳闸。低电压通常都是短时的,对传统的控制系统影响较小，而对变频器则会产生低压跳闸导致电机停止，影响生产。 解决该问题的关键就是如何使变频器在瞬时低电压时还能正常工作。我们根据业主的实际情况，采用直流支撑技术即DC－BANK系统(在变频器直流侧加不间断直流电源提高变频器的低电压跨越能力)来解决目前工厂存在的问题。 二、技术关键: 变频器是由整流器和逆变器两部分组成。通过对变频器的研究，变频器低电压指其中间直流回路低电压(即逆变器输入电压过低)。一般的变频器都具有过压、失压和瞬间停电的保护功能。变频器的逆变器件为GTR时，一旦失压或停电，控制电路将停止向驱动电路输出信号，使驱动电路和GTR全部停止工作，电动机将处于自由制动状态。逆变器件为IGBT时，在失压或停电后，将允许变频器继续工作一个短时间td，若失压或停电时间to＜td，变频器将平稳过度运行；若失压或停电时间to＞td ，变频器自我保护停止运行。一般td都在15～25ms,只要电源“晃电”较为强烈，to都在几秒钟以上，变频器自我保护停止运行，使电动机停止运行。 三、系统组成 1、DC-BANK系统组成 1、直流电源子系统 2、控制系统 3、主站监控软件 2、直流电源子系统的原理 1)、单台电机工作原理图：（图略） 系统由电池组、充电器、监测单元和SIS执行单元等组成 针对现场的实际情况,我们决定采用多台电机工作模式 2）、多台电机的工作模式图 多台电机工作模式： M1，M2，M3同时设计于同一控制系统中为低压电机群的工作模式； 3、直流电源子系统主要设备 Ø蓄电池组 蓄电池采用免维护阀控式全密封铅酸电池。 Ø充电器 充电器的功率逆变管采用进口快速IGBT，其余元件采用进口工业等级器件，生产工艺严格完整，保证机器的可靠性和稳定性。输出电压和电流均可连续调节。具有强大的保护功能(输入过流、过压、欠压保护；输出短路，过流，过压保护；整机过热保护)。模块内取消了所有电位器，基准校正和控制全部采用12位D/A转换，精度高，参数性能稳定，调节方便。 充电模块采用可带点插拔技术，输出采用隔离设计。模块工作频率高，近300KHZ，体积小，抗干扰能力强。内置E2ROM，通过人机界面设置的参数自动保存到充电模块，掉电不丢数据。 ØSIS执行单元 执行单元由断路器和接触器冗余组成，控制关系为断路器锁定接触器，能准确地执行直流电源子系统的投入撤出转换。 Ø监测单元 用监测单元和人机操作界面组成监控系统，具有充电模块输出电压设定,充电电流限值设定,运行参数显示,故障报警存储，SOE事件记录以及蓄电池状态监测和直流回路状态监测，并可通过485总线和主站通讯。 4、控制系统(SIS) SIS是DC-BANK的主控系统，是变频器的联锁控制部分。负责监测各种交直流电源信号、保护动作信号，控制抗晃电系统的备份、投运和退出过程。每一回路都由检测、控制和执行单元三部分组成。采用工业级三相异步电机保护模块MDS-1做检测单元，保证系统的可用度。采用通过美国 AB LOGIX顺序控制器做为主控制单元。 采用ABB S2断路器和直流接触器做单一直流回路的冗余执行单元保证系统的可靠性。 4.1 抗晃电专用监测单元 4．1．1功能特点 三表法测量准确测量三相交流电压、电流、有功、无功、频率、功率因数、零序电流等电参量，可以测量变频器输出。 具有3路独立的开关量输出，可以作为遥控、跳闸或者告警 6路开关量输入，同时可以作为脉冲量输入 2路直流采样,可以接各种变送器 两路通信接口，支持MODBUS规约 FFT算法，可计算1－8次谐波 三相异步电动机的反时限过负荷（热过载）保护、不平衡（负序过流）保护、启动时间过长保护、堵转保护、接地（零序过流）保护、欠电压保护、过电压保护 三相电动机转子断条、轴承损坏、绝缘监测等故障诊断功能 4．1．2 交流输入 交流输入包括A、B、C三相电压和电流。电流是直接把线穿入小型电流互感器的圆孔。电压则采用6个各端子。分别为UA,UA1；UB,UB1；UC,UC1；其中UA,UA1为A相输入；UB,UB1为B相输入；UC,UC1为C相输入。每相间相互独立。 这样设计的目的是为了用户可以选择不同的安装方式和测量方法。如果用户选择角型接法则 UA---UC1 接A相 UB---UA1 接 B相 UC---UB1 接C相。如果用户选择星型接法则UA1---UB1—UC1接N线。每路可以进行单独测量，用户还可以根据需要选择。 输入的交流电压信号通过小型的PT（电压互感器），变换为交流0.5V的信号，经过滤波处理，滤除干扰信号，然后进行电平平移，使得原来的交流信号，叠加1/2的VREF，直接送到A/D转换，进行采样。 输入的电流信号，通过导线穿入小CT（电流互感器），CT的输出接一个精密电阻，变换成电压信号，经过滤波处理，滤除干扰信号，然后进行电平平移，使得原来的交流信号，叠加1/2的VREF，直接送到A/D转换，进行采样。 采样好的信号存入单片机的RAM中供软件处理。在软件中，我们每个周波采样16个点，根据采样定理，可以计算出输入信号的8次谐波。但是在应用中对奇次谐波更为关心。在数字信号处理中，由于电网的频率是在变化的，如果采样频率不是电网频率的整数倍，就会有所谓的频谱泄漏问题，详细内容请参考有关书籍。在该问题上我们采用了我们的提出软件跟踪算法，效果非常优异。 对于6路输入信号，进行FFT变换，得出各次谐波的幅值和相角，并且计算零序电流和负序电流。计算的方法和FFT变换请参考有关数字信号处理的书籍。 计算的结果存入RAM中，供通信程序、保护程序等其他程序使用。 4．1．3欠电压或过电压保护 系统电压太低会引起电动机过电流甚至堵转，烧毁电机。有时为了保证重要电动机的自启动，有时也使用欠电压保护。 系统过电压一般对电动机没有太多的影响，但是如果过压范围过大，会导致电动机的励磁电流急剧增加，而且有大量的三次谐波。在一些特殊的场合，会使用过电压保护。 定值包括3项内容：动作的继电器、过电压或欠电压定值、过电压或欠电压的整定时间。整定时间的单位为0.1S，电压的单位为V，最小分辨率为0.1V。 本系统的设计为保护动作信号在整定时间到达时，送给SIS的中央控制单元处理，操作执行单元，控制各直流回路的备份、投运和退出。 4．1．4 MDS-104的软件设置（图略） 4．2 AB LOGIX顺序控制器 MicroLogix1200是处理器、电源、嵌入式输入输出点的集成。它具有24点和40点两种规格，可满足许多应用场合。 MicroLogix1200采用模块化，无机架结构，可降低成本，减少备件。I/O扩展模块提供了更大的应用灵活性。 存储器模块可用于用户程序的上载、下载和传送。实时时钟RTC可用于定时控制等。 操作系统可闪速升级，无需更换硬件。用户可通过Web网络下载控制器的最新的固件程序，来升级控制器。 MicroLogix1200还使用编程软件RSLogix500和通用的指令集，与MicroLogix1000、MicroLogix1500以及SLC系列控制器兼容。 特性： ·通过Micro Logix 1200扩展模块来扩展高性能I/O，每个Micro Logix 1200 可 最多扩展6个模块（决定于电源估算）。 ·高级的通信选择，从对等通信到SCADA/RTU网络。 ·6K用户存储器（4K程序、2K数据）。 ·数据文件下载保护，可存储关键的用户数据，防止出错。 ·实时时钟和存储器模块。 ·32位带符号的整数的数学运算。 ·内置PID功能。 ·20K高速计数器，具有8种工作模式，当计数器技术达到预置的上限或下限时，可控制高速计数器的输出。 ·高速处理时，有4路中断输入。 ·4路锁存输入，在程序普通扫描时，可捕获毫秒脉冲的输入。 ·控制器内置2个模拟量微调电位器，转3/4圈可在0-250之间调节。 ·对于40点的控制器，其端子块是可拆卸的，允许用户预先接好线，节省安装时间。 ·可拆卸的I/O标签，可写字记录现场设备的号码，以便减少系统的维护和维修时间。 ·防手指接触的接线端子块，符合全球安全标准。 4．3 执行单元－ABB直流断路器和直流接触器 根据各回路容量配置不同型号，冗余执行单元保障线路分断能力。 SOMAX S的基本的用途和特点： ISOMAX S系列塑壳断路器性能优异，外形结构紧凑、通用性强、使用方法简便，设计简单、合理、而且质量可靠。此新型断路器更配有一个改进的分断系统，获多项工业专利。 特别值得注意的是用于制造ISOMAX S系列塑壳断路器的材料，是按现代环保要求可回用的，ISOMAX S系列塑壳断路器更以其优异质量及引入注目的设计获得了欧洲最佳工业设计奖。 采用ISOMAX S系列塑壳断路<