專利名稱：一種變頻驅(qū)動(dòng)裝置及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電氣控制領(lǐng)域，并且尤其涉及一種變頻驅(qū)動(dòng)裝置及其控制方法。
背景技術(shù)：
節(jié)能減排是當(dāng)前重要工作之一，變頻驅(qū)動(dòng)已經(jīng)列入國家發(fā)改委重點(diǎn)節(jié)能技術(shù)之 一，目前工廠(例如，發(fā)電廠)單臺(tái)機(jī)組配置三臺(tái)50%容量(S卩，系統(tǒng)所需容量的50%)的 轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備，如給水泵、凝結(jié)水泵、風(fēng)機(jī)等，均采用運(yùn)行中二運(yùn)一備的運(yùn)行方式。如圖1所示， 現(xiàn)有的變頻驅(qū)動(dòng)裝置包括變頻器U1、變頻器U3、刀閘QS41-1、刀閘QS41-2、刀閘QS41-3、刀 閘QS43-1、刀閘QS43-2、刀閘QS43-3以及斷路器QF2-1，電機(jī)Ml和電機(jī)M3分別由變頻器Ul 和變頻器U3驅(qū)動(dòng)，所述刀閘QS41-1和刀閘QS41-2分別設(shè)于變頻器Ul兩端，刀閘QS41-3 設(shè)于變頻器Ul的旁路上，刀閘QS41-1未連接變頻器Ul的一端經(jīng)斷路器QF41-1而接電源 (圖中所示為母線I)；相應(yīng)地，刀閘QS43-1和刀閘QS43-2分別設(shè)于變頻器U3兩端，且刀閘 QS43-3設(shè)于變頻器U3的旁路上，刀閘QS43-1未連接變頻器U3的一端經(jīng)斷路器QF43-1而 接電源(圖中所示為母線II)。電機(jī)M2直接經(jīng)由斷路器QF2-1接電源，以作為工頻備用電 機(jī)。在變頻器Ul和變頻器U3之一出現(xiàn)故障、或電機(jī)Ml和電機(jī)M3之一出現(xiàn)故障或運(yùn)行時(shí) 間過長(zhǎng)時(shí)，可通過導(dǎo)通斷路器QF2-1而使電機(jī)M2運(yùn)行，并使出現(xiàn)故障或運(yùn)行時(shí)間過程的電 機(jī)停止工作，從而可保證機(jī)組依舊可照常運(yùn)行。然而，由于電機(jī)M2未經(jīng)變頻器而直接與電 源連接，因此其工頻(50Hz)運(yùn)行所導(dǎo)致的節(jié)流損失和效率降低會(huì)使得機(jī)組的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)效 益變差。為解決上述問題，另提出一種一拖一的變頻驅(qū)動(dòng)方式，如圖2所示，該一拖一的變 頻驅(qū)動(dòng)方式與上述二運(yùn)一備的運(yùn)行方式不同之處在于，針對(duì)電機(jī)M2增設(shè)了刀閘QS42-1、刀 閘QS42-2、刀間QS42-3以及變頻器U2，其針對(duì)每一電機(jī)配備一變頻器，該方式雖可解決工 頻備用電機(jī)工頻運(yùn)行所導(dǎo)致的節(jié)流損失和效率降低的問題，然而其增設(shè)了一套變頻器及相 應(yīng)的三個(gè)切換刀間，增加了整個(gè)變頻驅(qū)動(dòng)裝置的成本，且增加了相應(yīng)的檢修成本，投資回報(bào) 期長(zhǎng)。另外，由于經(jīng)變頻器驅(qū)動(dòng)的電機(jī)無法作為備用電機(jī)(因?yàn)槠湫枰^長(zhǎng)的啟動(dòng)時(shí)間)， 因此，該一拖一的變頻驅(qū)動(dòng)方式亦無法滿足機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的要求。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有的二運(yùn)一備及一拖一的運(yùn)行方式所存在的上述缺陷，本發(fā)明特提供一 種變頻驅(qū)動(dòng)裝置及其控制方法，該變頻驅(qū)動(dòng)裝置具有成本低廉、靈活性高、且滿足節(jié)能需求 的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明提供的用于第一、第二以及第三電機(jī)的變頻驅(qū)動(dòng)裝置包括第一變頻器，該 第一變頻器經(jīng)由第一刀間與所述第一電機(jī)電連接；第二變頻器，該第二變頻器經(jīng)由第二刀 閘與所述第二電機(jī)電連接；斷路器，該斷路器與所述第三電機(jī)電連接；以及多個(gè)刀閘，該多 個(gè)刀閘分別連接于第一變頻器與第三電機(jī)之間、第二變頻器與第三電機(jī)之間、所述斷路器 與第三電機(jī)之間、所述斷路器與第二電機(jī)之間以及所述斷路器與第一電機(jī)之間。
相應(yīng)地，本發(fā)明提供的用于第一、第二以及第三電機(jī)的變頻驅(qū)動(dòng)裝置的控制方法 包括使所述變頻驅(qū)動(dòng)裝置處于正常工作狀態(tài)時(shí)，導(dǎo)通所述第一刀間、所述第二刀間以及連 接于所述斷路器與第三電機(jī)之間的刀閘，斷開其他刀閘，所述第一電機(jī)和所述第二電機(jī)分 別在所述第一變頻器和所述第二變頻器的驅(qū)動(dòng)下運(yùn)行；對(duì)所述變頻驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)行切換操作 時(shí)，導(dǎo)通所述第一刀閘、連接于第二變頻器與第三電機(jī)之間的刀閘以及所述斷路器與所述 第二電機(jī)之間的刀閘，斷開其他刀閘，以切換至所述第一電機(jī)和所述第三電機(jī)分別在所述 第一變頻器和所述第二變頻器的驅(qū)動(dòng)下運(yùn)行；以及使工頻備用電機(jī)運(yùn)行時(shí)，導(dǎo)通所述斷路 器以及該斷路器與工頻備用電機(jī)之間的刀閘。本發(fā)明所提供的變頻驅(qū)動(dòng)裝置不僅解決了現(xiàn)有的二運(yùn)一備的運(yùn)行方式所存在的 節(jié)流損失和效率降低的問題，而且相較于現(xiàn)有的一拖一的運(yùn)行方式，減少了變頻器及刀閘 的使用，成本較低，而且可滿足三個(gè)電機(jī)定期輪換、工頻備用和均衡運(yùn)行的需求，提高了電 機(jī)使用的靈活性和利用率。


圖1為現(xiàn)有的二運(yùn)一備的運(yùn)行方式的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為現(xiàn)有的一拖一的運(yùn)行方式的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明提供的二拖三變頻驅(qū)動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式的二拖三變頻驅(qū)動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；以及圖5為根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方式的二拖三變頻驅(qū)動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式為了讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯，下文將配合所附圖示，作 詳細(xì)說明如下。圖3為本發(fā)明提供的二拖三變頻驅(qū)動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖3所示，本發(fā)明提 供了一種用于第一電機(jī)Ml、第二電機(jī)M2以及第三電機(jī)M3的變頻驅(qū)動(dòng)裝置，該裝置包括第 一變頻器Ul，該第一變頻器Ul經(jīng)由第一刀間QS12與所述第一電機(jī)Ml電連接；第二變頻器 U3，該第二變頻器U3經(jīng)由第二刀閘QS31與所述第二電機(jī)M3電連接；斷路器QF11，該斷路器 QFll與所述第三電機(jī)M2電連接；以及多個(gè)刀閘，該多個(gè)刀閘分別為連接于第一變頻器Ul 與第三電機(jī)M2之間的刀閘QS21、第二變頻器U3與第三電機(jī)M2之間的刀閘QS23、所述斷路 器QFll與第三電機(jī)M2之間的刀閘QS22、所述斷路器QFll與第二電機(jī)M3之間的刀閘QS32 以及所述斷路器QFll與第一電機(jī)Ml之間的刀閘QSl 1?，F(xiàn)結(jié)合圖3描述本發(fā)明提供的二拖三變頻驅(qū)動(dòng)裝置具體工作過程。所示第一變頻 器Ul經(jīng)由斷路器QFl連接電源(圖中所示為母線I)，第二變頻器U3經(jīng)由斷路器QF3連接 電源(圖中所示為母線II)，所示斷路器QFll未與所述第三電機(jī)M2電連接的一端接母線 I。注意，此處的斷路器QFl和斷路器QF3并非必須設(shè)置，可根據(jù)需要而設(shè)。在變頻驅(qū)動(dòng)裝置正常工作時(shí)，第一電機(jī)Ml和第二電機(jī)M3分別在第一變頻器Ul和 第二變頻器U3的驅(qū)動(dòng)下變頻運(yùn)行，第三電機(jī)M2工頻備用。此時(shí)，斷路器QF1、斷路器QF3、 刀閘QS22、第一刀閘QS12以及第二刀閘QS31導(dǎo)通，斷路器QF11、刀閘QS11、刀閘QS21、刀 閘QS23以及刀閘QS32斷開。
在需進(jìn)行輪換操作時(shí)，例如將第二電機(jī)M3變頻運(yùn)行倒換為第三電機(jī)M2變頻運(yùn) 行，第二電機(jī)M3由變頻運(yùn)行倒換為工頻備用，具體切換步驟如下將刀閘QS22和第二刀閘 QS31斷開、刀閘QS32和刀閘QS23導(dǎo)通，此時(shí)便切換至第一電機(jī)Ml和第三電機(jī)M2變頻運(yùn) 行，第二電機(jī)M3工頻備用。在此僅以第三電機(jī)M2由工頻備用切換至變頻運(yùn)行且第二電機(jī) M3由變頻運(yùn)行切換至工頻備用為例進(jìn)行說明，亦可根據(jù)實(shí)際需要通過對(duì)刀閘QS11、第一刀 閘QS12、刀閘QS21、刀閘QS22、刀閘QS23、第二刀閘QS31以及刀閘QS32進(jìn)行操作而進(jìn)行其 他情形的切換，從而可在保證降低節(jié)流損失和提高效率的情況下，使得第一電機(jī)Ml、第二電 機(jī)M3以及第三電機(jī)M2得到均衡使用，避免因一者運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)而出現(xiàn)故障，另外亦可在電機(jī) 出現(xiàn)故障時(shí)保證整個(gè)機(jī)組的不中斷運(yùn)行。此外，本發(fā)明的變頻驅(qū)動(dòng)裝置還可在所述第一變頻器Ul和第二變頻器U3之一出 現(xiàn)故障或存在其他故障時(shí)，通過導(dǎo)通斷路器QFll以及該斷路器QFll與工頻備用電機(jī)之間 的刀閘而使得工頻備用電機(jī)啟動(dòng)運(yùn)行，從而保證了整個(gè)機(jī)組的連續(xù)工作性。例如，在第一 電機(jī)Ml和第二電機(jī)M3變頻運(yùn)行且第三電機(jī)M2工頻備用的情況下，當(dāng)?shù)诙冾l器U3出現(xiàn) 故障時(shí)，可導(dǎo)通斷路器QF11、刀閘QS22，啟動(dòng)第二電機(jī)M3。以上可看出，本發(fā)明的變頻驅(qū)動(dòng) 裝置克服了現(xiàn)有的一拖一方式不具備工頻備用的缺陷，不僅同時(shí)兼顧了輪換操作與工頻備 用，而且可相較于現(xiàn)有的二運(yùn)一備方式，僅增加了 一刀間QS22，成本低廉且節(jié)能減排。其中，所述刀閘和斷路器的控制可由人工實(shí)現(xiàn)，亦可在檢測(cè)到相應(yīng)的故障時(shí)，由程 控機(jī)器執(zhí)行所述刀閘和斷路器的控制。圖4為根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式的二拖三變頻驅(qū)動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。為保證本 發(fā)明的變頻驅(qū)動(dòng)裝置的安全性以及方便檢修，本發(fā)明提供的二拖三變頻驅(qū)動(dòng)裝置還可包括 多個(gè)安全接地刀閘，該多個(gè)安全接地刀閘分別連接于所述第一變頻器Ul的兩端以及所述 第二變頻器U3的兩端，從而可在某一變頻器故障時(shí)，通過導(dǎo)通相應(yīng)的安全接地刀間而使該 變頻器斷電，以便于對(duì)該變頻器進(jìn)行檢修。如圖4所示，第一變頻器Ul兩端分別接有安全 接地刀間Gl和安全接地刀間G2，第二變頻器U3兩端分別接有安全接地刀間G3和安全接地 刀閘G4，從而可在例如第一變頻器Ul出現(xiàn)故障時(shí)，導(dǎo)通安全接地刀閘Gl和安全接地刀閘 G2，以使該第一變頻器Ul無電流通過，從而對(duì)其進(jìn)行檢修，保障人身安全。圖5為根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方式的二拖三變頻驅(qū)動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。本發(fā)明提 供的二拖三變頻驅(qū)動(dòng)裝置還可包括多個(gè)電機(jī)接地刀間，該多個(gè)電機(jī)接地刀間分別連接于所 述第一電機(jī)Ml、第二電機(jī)M3以及第三電機(jī)M2與所述第一刀閘QS12、第二刀閘QS31或多個(gè) 刀閘的連接點(diǎn)上，從而可在第一電機(jī)Ml、第二電機(jī)M3和/或第三電機(jī)M2故障時(shí)，通過導(dǎo)通 相應(yīng)的電機(jī)接地刀閘而使第一電機(jī)Ml、第二電機(jī)M3和/或第三電機(jī)M2斷電，以便于對(duì)該第 一電機(jī)Ml、第二電機(jī)M3和/或第三電機(jī)M2進(jìn)行檢修。如圖5所示，第一電機(jī)Ml、第二電機(jī) M2以及第三電機(jī)M3與所述第一刀閘QS12、第二刀閘QS31或多個(gè)刀閘的連接點(diǎn)Cl、連接點(diǎn) C2以及連接點(diǎn)C3上分別接有電機(jī)接地刀閘GMl、電機(jī)接地刀閘GM2以及電機(jī)接地刀閘GM3， 從而可在例如第一電機(jī)Ml出現(xiàn)故障時(shí)，導(dǎo)通電機(jī)接地刀閘GM1，以使第一電機(jī)Ml無電流通 過，從而對(duì)其進(jìn)行檢修。其中，所述第一電機(jī)Ml、第二電機(jī)M3以及第三電機(jī)M2可為相同的電機(jī)，以實(shí)現(xiàn)完 成切換或使工頻備用電機(jī)運(yùn)行之后整個(gè)機(jī)組的輸出功率與切換或使工頻備用電機(jī)運(yùn)行之 前相同。
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變頻器的電機(jī)過電流定值是對(duì)變頻器過載能力的主要考核指標(biāo)之一，一般變頻器 提供的過電流定值是120%的電機(jī)額定電流及1分鐘的定時(shí)限或反時(shí)限，但實(shí)際運(yùn)行中工 況劇烈變化時(shí)，容易造成變頻器過載，造成變頻器故障停機(jī)或閉鎖輸出，影響機(jī)組安全運(yùn) 行。優(yōu)選地，所述第一變頻器和/或第二變頻器的過電流定值設(shè)置為150%的其當(dāng)前驅(qū)動(dòng)的 電機(jī)的額定電流及1分鐘的反時(shí)限延時(shí)，這樣能夠較好地滿足工藝系統(tǒng)要求，可以保證機(jī) 組長(zhǎng)周期安全運(yùn)行。實(shí)踐證明，按此參數(shù)設(shè)置降低了變頻器異常造成的設(shè)備停運(yùn)的機(jī)率。變頻器的“上升時(shí)間”和“下降時(shí)間”是對(duì)變頻器過載能力的另一主要考核指標(biāo)， 工程上往往忽略這兩個(gè)參數(shù)，造成變頻器經(jīng)常過載。優(yōu)選地，所述第一變頻器Ul和/或第 二變頻器U3的上升時(shí)間設(shè)置為其當(dāng)前驅(qū)動(dòng)的電機(jī)按工頻全電壓?jiǎn)?dòng)所需時(shí)間的2-3倍，下 降時(shí)間設(shè)置為第一電機(jī)工頻停運(yùn)惰走到10%額定轉(zhuǎn)速所需時(shí)間的1倍，這樣既能夠保證調(diào) 節(jié)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)要求以及變頻器不會(huì)因?yàn)檫^載跳閘帶來的風(fēng)險(xiǎn)。相應(yīng)地，本發(fā)明提供了一種用于第一、第二以及第三電機(jī)的變頻驅(qū)動(dòng)裝置的控制 方法，該方法包括使所述變頻驅(qū)動(dòng)裝置處于正常工作狀態(tài)時(shí)，導(dǎo)通所述第一刀間、所述第 二刀閘以及連接于所述斷路器與第三電機(jī)之間的刀閘，斷開其他刀閘，所述第一電機(jī)和所 述第二電機(jī)分別在所述第一變頻器和所述第二變頻器的驅(qū)動(dòng)下運(yùn)行；對(duì)所述變頻驅(qū)動(dòng)裝置 進(jìn)行切換操作時(shí)，導(dǎo)通所述第一刀閘、連接于第二變頻器與第三電機(jī)之間的刀閘以及所述 斷路器與所述第二電機(jī)之間的刀閘，斷開其他刀閘，以切換至所述第一電機(jī)和所述第三電 機(jī)分別在所述第一變頻器和所述第二變頻器的驅(qū)動(dòng)下運(yùn)行；以及使工頻備用電機(jī)運(yùn)行時(shí)， 導(dǎo)通所述斷路器以及該斷路器與工頻備用電機(jī)之間的刀閘。該方法的示例性描述可參閱以 上針對(duì)變頻驅(qū)動(dòng)裝置的描述，于此不再贅述。本發(fā)明的變頻驅(qū)動(dòng)裝置可通過靈活切換而實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排、輪換操作以及工頻備 用，不僅克服了現(xiàn)有的二運(yùn)一備方式因無法定期輪換而導(dǎo)致節(jié)流損失及效率低下的缺陷， 而且克服了現(xiàn)有的一拖一方式不具備工頻備用且因采用三個(gè)變頻器而導(dǎo)致成本較高的缺 陷。雖然本發(fā)明已被上述實(shí)施例所公開，然而上述實(shí)施例并非用于限定本發(fā)明，任何 本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域中技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，應(yīng)當(dāng)可以作出各種變 動(dòng)與修改。因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以所附權(quán)利要求書所界定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
一種用于第一、第二以及第三電機(jī)的變頻驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于，該裝置包括第一變頻器，該第一變頻器經(jīng)由第一刀閘與所述第一電機(jī)電連接；第二變頻器，該第二變頻器經(jīng)由第二刀閘與所述第二電機(jī)電連接；斷路器，該斷路器與所述第三電機(jī)電連接；以及多個(gè)刀閘，該多個(gè)刀閘分別連接于第一變頻器與第三電機(jī)之間、第二變頻器與第三電機(jī)之間、所述斷路器與第三電機(jī)之間、所述斷路器與第二電機(jī)之間以及所述斷路器與第一電機(jī)之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，該裝置還包括多個(gè)安全接地刀閘，該多個(gè)安全接 地刀間分別連接于所述第一變頻器的兩端以及所述第二變頻器的兩端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，該裝置還包括多個(gè)電機(jī)接地刀閘，該多個(gè)電機(jī)接 地刀閘分別連接于所述第一、第二以及第三電機(jī)與所述第一刀閘、第二刀閘或多個(gè)刀閘的 連接點(diǎn)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的裝置，其中，所述第一變頻器和/或第二 變頻器的過電流定值設(shè)置為150%的該第一變頻器和/或第二變頻器當(dāng)前驅(qū)動(dòng)的電機(jī)的額 定電流及1分鐘的反時(shí)限延時(shí)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的裝置，其中，所述第一變頻器和/或第二 變頻器的上升時(shí)間設(shè)置為該第一變頻器和/或第二變頻器當(dāng)前驅(qū)動(dòng)的電機(jī)按工頻全電壓 啟動(dòng)所需時(shí)間的2-3倍，下降時(shí)間設(shè)置為該第一變頻器和/或第二變頻器當(dāng)前驅(qū)動(dòng)的電機(jī) 工頻停運(yùn)惰走到10%額定轉(zhuǎn)速所需時(shí)間的1倍。
6.一種根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的用于第一、第二以及第三電機(jī)的變 頻驅(qū)動(dòng)裝置的控制方法，該方法包括使所述變頻驅(qū)動(dòng)裝置處于正常工作狀態(tài)時(shí)，導(dǎo)通所述第一刀間、所述第二刀間以及連 接于所述斷路器與第三電機(jī)之間的刀閘，斷開其他刀閘，所述第一電機(jī)和所述第二電機(jī)分 別在所述第一變頻器和所述第二變頻器的驅(qū)動(dòng)下運(yùn)行；對(duì)所述變頻驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)行切換操作時(shí)，導(dǎo)通所述第一刀間、連接于第二變頻器與第三 電機(jī)之間的刀閘以及所述斷路器與所述第二電機(jī)之間的刀閘，斷開其他刀閘，以切換至所 述第一電機(jī)和所述第三電機(jī)分別在所述第一變頻器和所述第二變頻器的驅(qū)動(dòng)下運(yùn)行；以及使工頻備用電機(jī)運(yùn)行時(shí)，導(dǎo)通所述斷路器以及該斷路器與工頻備用電機(jī)之間的刀閘。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于第一、第二以及第三電機(jī)的變頻驅(qū)動(dòng)裝置及其控制方法，其中該裝置包括第一變頻器，該第一變頻器經(jīng)由第一刀閘與所述第一電機(jī)電連接；第二變頻器，該第二變頻器經(jīng)由第二刀閘與所述第二電機(jī)電連接；斷路器，該斷路器與所述第三電機(jī)電連接；以及多個(gè)刀閘，該多個(gè)刀閘分別連接于第一變頻器與第三電機(jī)之間、第二變頻器與第三電機(jī)之間、所述斷路器與第三電機(jī)之間、所述斷路器與第二電機(jī)之間以及所述斷路器與第一電機(jī)之間。本發(fā)明可滿足三個(gè)電機(jī)定期輪換、工頻備用和均衡運(yùn)行的需求，提高了電機(jī)使用的靈活性和利用率。
文檔編號(hào)H02P5/74GK101976998SQ20101053085
公開日2011年2月16日 申請(qǐng)日期2010年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月29日
發(fā)明者劉國慶, 岳建華, 郭大朋 申請(qǐng)人:中國神華能源股份有限公司;北京國華電力有限責(zé)任公司;神華國華(北京)電力研究院有限公司