1 概述

電動(dòng)機(jī)不間斷電源系統(tǒng)(Motor UninterruptiblePower System，簡(jiǎn)稱(chēng)MUPS)是上海雋睿自動(dòng)化技術(shù)有限公司研制的區(qū)別于市場(chǎng)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(tái)乃至上百臺(tái)變頻器(VVVF)在電網(wǎng)晃電、停電時(shí)不間斷工作，因而也保證多臺(tái)乃至上百臺(tái)電動(dòng)機(jī)在晃電、停電時(shí)，不間斷工作。因此MUPS是針對(duì)電動(dòng)機(jī)群設(shè)計(jì)的理想電源系統(tǒng)，該系統(tǒng)適用于連續(xù)生產(chǎn)的化工、鋼鐵、化纖、集成電路芯片、玻璃、造紙等行業(yè)，同時(shí)可作為消防應(yīng)急電源使用，在工廠、大樓的消防系統(tǒng)中也有獨(dú)到的用處。

2 MUPS 的性能特點(diǎn)

1)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(duì)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(duì)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(dòng)機(jī)的啟動(dòng)控制和保護(hù)元件，采用IGBT逆變功率器件和微處理器控制。

3)電動(dòng)機(jī)享有VVVF 的軟啟動(dòng)、調(diào)速等功能，并具備短路、接地故障和過(guò)載等保護(hù)特性。

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

5)MUPS 系統(tǒng)里的PLC 對(duì)每臺(tái)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、停止和蓄電池定期向假負(fù)載放電等狀況實(shí)施監(jiān)控、保護(hù)。

6)MUPS 系統(tǒng)里的各回路完全獨(dú)立，當(dāng)檢修某回路VVVF及其控制保護(hù)電路時(shí)，不影響其他回路工作。

7)MUPS 系統(tǒng)里設(shè)置的靜態(tài)開(kāi)關(guān)具有環(huán)流隔離功能。

8)MUPS 系統(tǒng)里靜態(tài)開(kāi)關(guān)采用在線跟蹤和電壓自動(dòng)監(jiān)控，保證主電源失電時(shí)，系統(tǒng)瞬時(shí)切換到電池供電，變頻器的輸出沒(méi)有任何中斷。主電源恢復(fù)正常時(shí)，靜態(tài)開(kāi)關(guān)自動(dòng)阻斷蓄電池與被保護(hù)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的連接，蓄電池自動(dòng)充電在維持狀態(tài)。

3 MUPS系統(tǒng)技術(shù)數(shù)據(jù)

MUPS 系統(tǒng)技術(shù)數(shù)據(jù)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(kāi)關(guān)SW1、快速熔斷器QD1、直流接觸器MF1、電動(dòng)機(jī)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(shè)備包括VVVF、DC原BANK在內(nèi)，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(guò)具有雙變換及軟起動(dòng)功能的VVVF驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，充電器對(duì)電池浮充電。

2)斷電工作模式靜態(tài)開(kāi)關(guān)SW1 開(kāi)通，蓄電池直流電通過(guò)VVVF驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī);廠用電恢復(fù)，系統(tǒng)自動(dòng)恢復(fù)正常工作。轉(zhuǎn)換過(guò)程不斷電。

3)檢修工作模式每個(gè)回路相對(duì)獨(dú)立，n臺(tái)PLC分路獨(dú)立管理n臺(tái)VVVF，并對(duì)直流系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控。

在工作現(xiàn)場(chǎng)通常都是電機(jī)群，只需設(shè)計(jì)一套系統(tǒng)就可以解決問(wèn)題。例如3 臺(tái)電機(jī)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(dāng)電網(wǎng)供電正常時(shí)，靜態(tài)開(kāi)關(guān)SW1處于關(guān)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(guò)整流設(shè)備對(duì)蓄電池組進(jìn)行浮充電，裝置儲(chǔ)能;當(dāng)交流電源低于變頻器低壓保護(hù)值時(shí)(即交流368 V，直流516 V)時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)觸發(fā)靜態(tài)開(kāi)關(guān)SW1瞬間導(dǎo)通，可以做到變頻器由交流供電和由電池組供電的瞬時(shí)轉(zhuǎn)換。

 

 

6.2 DC-BANK系統(tǒng)控制邏輯說(shuō)明

DC-BANK與變頻器控制邏輯如圖3所示。

6.2.1 變頻器啟動(dòng)、停止控制邏輯

根據(jù)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(dòng)接點(diǎn)指令后，即可投入運(yùn)行。變頻器正常運(yùn)行后有一反映變頻器運(yùn)行狀態(tài)的接點(diǎn)信號(hào)閉合。變頻器運(yùn)行調(diào)速指令由DCS 或PLC 送來(lái)的4耀20 mA 模擬信號(hào)實(shí)現(xiàn)。

 

 

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(yùn)行狀態(tài)接點(diǎn)信號(hào)，母線電壓監(jiān)測(cè)信號(hào)，有時(shí)要求加變頻器保護(hù)動(dòng)作信號(hào)。

2)控制PLC 輸出邏輯條件變頻器運(yùn)行正常且未給出保護(hù)動(dòng)作信號(hào)時(shí)，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(kāi)，直流支撐系統(tǒng)處于冷備用。變頻器運(yùn)行正常時(shí)，母線電壓約AC 350 V(可調(diào)節(jié))且未給出保護(hù)動(dòng)作信號(hào)時(shí)，PLC 向靜態(tài)開(kāi)關(guān)送出DC 24 V的控制電壓，靜態(tài)開(kāi)關(guān)導(dǎo)通;母線電壓恢復(fù)且未給出保護(hù)動(dòng)作信號(hào)時(shí)，PLC撤出靜態(tài)開(kāi)關(guān)閉鎖指令。

3)母線電壓正常條件下直流支撐系統(tǒng)投入過(guò)程變頻器電源端送入正常電壓，變頻器受電，內(nèi)部CPU 準(zhǔn)備運(yùn)行;控制設(shè)備，DCS或PLC或控制繼電器送來(lái)啟動(dòng)運(yùn)行指令。電機(jī)按模擬控制4耀20 mA電流決定變頻器拖動(dòng)電機(jī)的運(yùn)行轉(zhuǎn)速;等到系統(tǒng)正常運(yùn)行后變頻器狀態(tài)接點(diǎn)閉合。直流支撐系統(tǒng)控制PLC 接收到變頻器運(yùn)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(kāi)關(guān)QF合閘，這時(shí)該回路在熱備份狀態(tài)。

4)變頻器電源失電PLC 及靜態(tài)開(kāi)關(guān)都測(cè)到變頻器失電信息，PLC 測(cè)到了母線電壓約AC 350 V發(fā)出靜態(tài)開(kāi)關(guān)合閘指令，靜態(tài)開(kāi)關(guān)測(cè)到變頻器直流母線電壓約AC 460 V而快速導(dǎo)通。變頻器電源迅速由廠用電交流母線供電轉(zhuǎn)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(yùn)行。

5)變頻器電源供電恢復(fù)時(shí)其直流環(huán)節(jié)的電壓應(yīng)立刻上升母線電壓恢復(fù)使得PLC 重新得到電壓正常信號(hào)而撤出靜態(tài)開(kāi)關(guān)閉鎖指令。當(dāng)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(kāi)關(guān)立即關(guān)閉。電機(jī)在這一過(guò)程中仍然保持不間斷運(yùn)行。充電器對(duì)放過(guò)電的電池組充電。

6)母線電壓連續(xù)在85豫上下波動(dòng)母線電壓一旦約AC 350 V(>85豫)，直流支撐系統(tǒng)即自動(dòng)投入，由蓄電池直接向變頻器的直流母線供電。母線恢復(fù)正常值后PLC 延時(shí)2 s 撤出靜態(tài)開(kāi)關(guān)閉鎖信號(hào)。在蓄電池供電數(shù)秒鐘后PLC 自行切斷直流接觸器，具體延時(shí)時(shí)間可在調(diào)試時(shí)確定。

7 DC-BANK 系統(tǒng)主要設(shè)備選擇

1)蓄電池蓄電池采用免維護(hù)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(jìn)口快速I(mǎi)GBT，其余元器件采用進(jìn)口工業(yè)等級(jí)元器件，生產(chǎn)工藝嚴(yán)格完整，保證機(jī)器的可靠性和穩(wěn)定性。

輸出電壓和電流均可連續(xù)調(diào)節(jié)。具有強(qiáng)大的保護(hù)功能(輸入過(guò)流、過(guò)壓、欠壓保護(hù);輸出短路，過(guò)流，過(guò)壓保護(hù);整機(jī)過(guò)熱保護(hù))。

3)靜態(tài)開(kāi)關(guān)靜態(tài)開(kāi)關(guān)采用大功率器件組成直流電子開(kāi)關(guān)。當(dāng)電網(wǎng)供電正常時(shí)，開(kāi)關(guān)處于關(guān)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(shí)，因端電壓高于交流進(jìn)線經(jīng)整流后輸出的直流電壓引起頻繁放電;當(dāng)交流電源低于變頻器低壓保護(hù)值時(shí)(通常依據(jù)變頻器的品牌而定)，監(jiān)控系統(tǒng)觸發(fā)直流電子開(kāi)關(guān)瞬間導(dǎo)通，可以做到變頻器由交流供電和由電池組供電的瞬時(shí)轉(zhuǎn)換。

4)智能控制、監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)需要用一臺(tái)或多臺(tái)西門(mén)子S7-200 可編程控制器和HMI(觸摸屏)組成帶有人機(jī)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(cè)器及分路檢測(cè)器等主要部件組成，各部件均由單片機(jī)控制，監(jiān)控系統(tǒng)是通過(guò)RS485進(jìn)行數(shù)字化連接以完成系統(tǒng)的通信與控制。

5)安全保護(hù)此系統(tǒng)是安裝在配電柜內(nèi)的。

配電柜符合IP20要求，由能承受一定機(jī)械應(yīng)力、電氣應(yīng)力及熱應(yīng)力的材料構(gòu)成。