直流支撐系統(tǒng)DC-BANK

1 概述

電動機不間斷電源系統(tǒng)(Motor UninterruptiblePower System，簡稱MUPS)是上海雋睿自動化技術有限公司研制的區(qū)別于市場上的UPS、EPS 的供電系統(tǒng)。MUPS 的一套直流支撐系統(tǒng)DC-BANK可支持多臺乃至上百臺變頻器(VVVF)在電網晃電、停電時不間斷工作，因而也保證多臺乃至上百臺電動機在晃電、停電時，不間斷工作。因此MUPS是針對電動機群設計的理想電源系統(tǒng)，該系統(tǒng)適用于連續(xù)生產的化工、鋼鐵、化纖、集成電路芯片、玻璃、造紙等行業(yè)，同時可作為消防應急電源使用，在工廠、大樓的消防系統(tǒng)中也有獨到的用處。

2 MUPS 的性能特點

1)結構簡單可靠，系統(tǒng)未用常規(guī)UPS向VVVF提供交流電源，而MUPS向VVVF提供直流電源，從而減少了AC/DC、DC/AC 兩次變換。常規(guī)UPS整流充電器既要對蓄電池充電，還須向逆變器提供額定直流功率，而MUPS 充電器只對電池充電，其功率僅為常規(guī)UPS的10%左右，成本低，可靠性高。

2)MUPS 系統(tǒng)里包含接入系統(tǒng)中的所有電動機的啟動控制和保護元件，采用IGBT逆變功率器件和微處理器控制。

3)電動機享有VVVF 的軟啟動、調速等功能，并具備短路、接地故障和過載等保護特性。

4)MUPS 系統(tǒng)里充電器僅對蓄電池充電，具有穩(wěn)壓、限流及浮充溫度補償功能。

5)MUPS 系統(tǒng)里的PLC 對每臺電動機的啟動、停止和蓄電池定期向假負載放電等狀況實施監(jiān)控、保護。

6)MUPS 系統(tǒng)里的各回路完全獨立，當檢修某回路VVVF及其控制保護電路時，不影響其他回路工作。

7)MUPS 系統(tǒng)里設置的靜態(tài)開關具有環(huán)流隔離功能。

8)MUPS 系統(tǒng)里靜態(tài)開關采用在線跟蹤和電壓自動監(jiān)控，保證主電源失電時，系統(tǒng)瞬時切換到電池供電，變頻器的輸出沒有任何中斷。主電源恢復正常時，靜態(tài)開關自動阻斷蓄電池與被保護電機驅動器的連接，蓄電池自動充電在維持狀態(tài)。

3 MUPS系統(tǒng)技術數據

MUPS 系統(tǒng)技術數據如表1 所列。

4 MUPS系統(tǒng)組成及原理圖

MUPS 系統(tǒng)由變頻器VVVF +直流支撐系統(tǒng)DC-BANK組成。直流電源支撐裝置DC-BANK主要由蓄電池BAT、整流充電器CD1、靜態(tài)開關SW1、快速熔斷器QD1、直流接觸器MF1、電動機M、執(zhí)行單元控制器等組成。變頻器VVVF由AC/DC整流器、DC/AC 逆變器等組成。整套MUPS 系統(tǒng)設備包括VVVF、DC原BANK在內，如果用戶已裝有變頻器VVVF，則可提供DC原BANK直流支撐系統(tǒng)。

MUPS 原理圖如圖1 所示。

5 DC-BANK 系統(tǒng)的工作模式

直流支撐系統(tǒng)DC-BANK有三種工作模式。

1)正常工作模式由廠用電通過具有雙變換及軟起動功能的VVVF驅動電動機，充電器對電池浮充電。

2)斷電工作模式靜態(tài)開關SW1 開通，蓄電池直流電通過VVVF驅動電動機;廠用電恢復，系統(tǒng)自動恢復正常工作。轉換過程不斷電。

3)檢修工作模式每個回路相對獨立，n臺PLC分路獨立管理n臺VVVF，并對直流系統(tǒng)進行監(jiān)控。

在工作現場通常都是電機群，只需設計一套系統(tǒng)就可以解決問題。例如3 臺電機的工作模式如圖2 所示。

6 DC-BANK 工作原理及控制邏輯

6.1 DC-BANK 系統(tǒng)工作原理

當電網供電正常時，靜態(tài)開關SW1處于關斷狀態(tài)，切斷電池組BAT 與變頻器的通路，直流支撐系統(tǒng)裝置通過整流設備對蓄電池組進行浮充電，裝置儲能;當交流電源低于變頻器低壓保護值時(即交流368 V，直流516 V)時，監(jiān)控系統(tǒng)觸發(fā)靜態(tài)開關SW1瞬間導通，可以做到變頻器由交流供電和由電池組供電的瞬時轉換。[!--empirenews.page--]

6.2 DC-BANK系統(tǒng)控制邏輯說明

DC-BANK與變頻器控制邏輯如圖3所示。

6.2.1 變頻器啟動、停止控制邏輯

根據變頻器的原理，變頻器在交流供電或直流供電正常情況下在接受到啟動接點指令后，即可投入運行。變頻器正常運行后有一反映變頻器運行狀態(tài)的接點信號閉合。變頻器運行調速指令由DCS 或PLC 送來的4耀20 mA 模擬信號實現。

6.2.2 直流支撐系統(tǒng)與變頻器的邏輯配合

1)控制PLC 輸入邏輯條件變頻器運行狀態(tài)接點信號，母線電壓監(jiān)測信號，有時要求加變頻器保護動作信號。

2)控制PLC 輸出邏輯條件變頻器運行正常且未給出保護動作信號時，直流接觸器合上，直流支撐系統(tǒng)處于熱備用狀態(tài)，否則直流接觸器斷開，直流支撐系統(tǒng)處于冷備用。變頻器運行正常時，母線電壓約AC 350 V(可調節(jié))且未給出保護動作信號時，PLC 向靜態(tài)開關送出DC 24 V的控制電壓，靜態(tài)開關導通;母線電壓恢復且未給出保護動作信號時，PLC撤出靜態(tài)開關閉鎖指令。

3)母線電壓正常條件下直流支撐系統(tǒng)投入過程變頻器電源端送入正常電壓，變頻器受電，內部CPU 準備運行;控制設備，DCS或PLC或控制繼電器送來啟動運行指令。電機按模擬控制4耀20 mA電流決定變頻器拖動電機的運行轉速;等到系統(tǒng)正常運行后變頻器狀態(tài)接點閉合。直流支撐系統(tǒng)控制PLC 接收到變頻器運行狀態(tài)指令后，向直流接觸器MF發(fā)出合閘指令，如果該回路的空氣開關QF合閘，這時該回路在熱備份狀態(tài)。

4)變頻器電源失電PLC 及靜態(tài)開關都測到變頻器失電信息，PLC 測到了母線電壓約AC 350 V發(fā)出靜態(tài)開關合閘指令，靜態(tài)開關測到變頻器直流母線電壓約AC 460 V而快速導通。變頻器電源迅速由廠用電交流母線供電轉入直流支撐系統(tǒng)蓄電池組供電。變頻器保持連續(xù)不間斷運行。

5)變頻器電源供電恢復時其直流環(huán)節(jié)的電壓應立刻上升母線電壓恢復使得PLC 重新得到電壓正常信號而撤出靜態(tài)開關閉鎖指令。當變頻器直流母線電壓大于直流支撐系統(tǒng)母線電壓，并且PLC 撤出閉鎖指令后靜態(tài)開關立即關閉。電機在這一過程中仍然保持不間斷運行。充電器對放過電的電池組充電。

6)母線電壓連續(xù)在85豫上下波動母線電壓一旦約AC 350 V(>85豫)，直流支撐系統(tǒng)即自動投入，由蓄電池直接向變頻器的直流母線供電。母線恢復正常值后PLC 延時2 s 撤出靜態(tài)開關閉鎖信號。在蓄電池供電數秒鐘后PLC 自行切斷直流接觸器，具體延時時間可在調試時確定。

7 DC-BANK 系統(tǒng)主要設備選擇

1)蓄電池蓄電池采用免維護閥控式全密封鉛酸電池，使用壽命為7耀12年。

2)整流器整流器的功率逆變管采用進口快速IGBT，其余元器件采用進口工業(yè)等級元器件，生產工藝嚴格完整，保證機器的可靠性和穩(wěn)定性。

輸出電壓和電流均可連續(xù)調節(jié)。具有強大的保護功能(輸入過流、過壓、欠壓保護;輸出短路，過流，過壓保護;整機過熱保護)。

3)靜態(tài)開關靜態(tài)開關采用大功率器件組成直流電子開關。當電網供電正常時，開關處于關斷狀態(tài)，切斷電池組與變頻器的通路，防止電池組在浮充電或均充電時，因端電壓高于交流進線經整流后輸出的直流電壓引起頻繁放電;當交流電源低于變頻器低壓保護值時(通常依據變頻器的品牌而定)，監(jiān)控系統(tǒng)觸發(fā)直流電子開關瞬間導通，可以做到變頻器由交流供電和由電池組供電的瞬時轉換。

4)智能控制、監(jiān)控系統(tǒng)根據需要用一臺或多臺西門子S7-200 可編程控制器和HMI(觸摸屏)組成帶有人機操作界面的監(jiān)控系統(tǒng)。

監(jiān)控系統(tǒng)由系統(tǒng)控制器、切換控制器、電池檢測器及分路檢測器等主要部件組成，各部件均由單片機控制，監(jiān)控系統(tǒng)是通過RS485進行數字化連接以完成系統(tǒng)的通信與控制。

5)安全保護此系統(tǒng)是安裝在配電柜內的。

配電柜符合IP20要求，由能承受一定機械應力、電氣應力及熱應力的材料構成。