專利名稱：以升壓脈沖為保障充電的中壓應(yīng)急電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及本發(fā)明涉及66KV—IOKV (本專利所定義的“中壓”)不間斷電源領(lǐng)域，更具體地說，更具體地說，涉及以升壓脈沖為保障充電的中壓應(yīng)急電源。
背景技術(shù)：
在工業(yè)電源領(lǐng)域廣380/220系統(tǒng)的低壓型應(yīng)急電源作為工業(yè)及民用領(lǐng)域應(yīng)急照明和動力負載的應(yīng)急供電裝置在國內(nèi)已經(jīng)有十余年歷史，形成相關(guān)專利十余項，在 380V供電系統(tǒng)中顯示了節(jié)能、環(huán)保、快速、高可靠性、便于維護、智能化管理、提高供電可靠性等一系列優(yōu)勢。而伴隨著工業(yè)領(lǐng)域大功率拖動負載的出現(xiàn)，用于拖動系統(tǒng)的、.66KVIOKV交流電動機早在70年代就已經(jīng)問世，經(jīng)過30多年的發(fā)展可謂十分成熟。近年來，為了減小大容量電動機的體積和重量，更為了回避大電流載體的敷設(shè)安裝、連接和過度等安全類難題，許多程控類工業(yè)領(lǐng)域流水線上的大容量電動機逐步被中壓型電動機所取代，啟動和控制中壓型電動機的中壓變頻產(chǎn)品(國外稱之為“工業(yè)傳動”或“交流動力傳動”)也逐漸成熟。然而，中壓級別的交流應(yīng)急電源一直是國內(nèi)外的市場空白，特別是工業(yè)領(lǐng)域，幾乎找不到成功使用蓄電型交流應(yīng)急電源的成功案例。一直以來，中壓動力系統(tǒng)的工作可靠性完全取決于于電網(wǎng)電源的可靠性，一旦電網(wǎng)因故突然停電，程控類工業(yè)正在運行的流程就會驟停，將造成巨大損失(據(jù)中石油集團的一個年會報告僅煉化板塊在2011年就發(fā)生電力系統(tǒng)故障幾十起，因程控流程驟停造成直接和間接損失十幾億元)。為了盡量降低損失，許多程控工業(yè)的流水線不得不配置國外進口的氣動型延遲系統(tǒng)，用于緩解電源故障流程驟停的損失，但此類氣動型延遲系統(tǒng)只能起到有限的緩解作用，把突然停電的損失適當降低，無法把市網(wǎng)電源驟停的損失降到近于“0”，且此類氣動延遲裝置價格高昂，平時的附加運行成本也不可忽視。在如前所述的 380V及以下的低壓不間斷電源(UPS和EPS )中，對內(nèi)部串聯(lián)蓄電池組的充電往往靠輸入電壓直接整流來完成。因此，如果蓄電池總串聯(lián)電壓等于交流輸入電源整流后的直流電壓值，則無法將串聯(lián)蓄電池組充滿電(只有充電電壓高于被充電的蓄電池總電壓10左右或以上才能將蓄電池充滿電)；如果蓄電池串聯(lián)總電壓低于輸入電源的整流電壓值，雖然可能將串聯(lián)蓄電池組充滿電，但在停電應(yīng)急時又不能保證應(yīng)急輸出的交流電壓值符合要求。為了保證蓄電池組能被充滿電而應(yīng)急輸出電壓又符合要求，不是需要升壓整流充電、就是在逆變前或逆變后進行升壓處理，而這兩種措施在中壓系統(tǒng)中相對困難和復雜，前者需要重新實驗和構(gòu)造一套較高的直流電壓和較大功率環(huán)境的升壓整流裝置，后者需要重新構(gòu)造一套大功率中壓直流電源或交流變壓裝置，二者技術(shù)上都較難于實施，安全可靠性不高,成本卻很高。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)代工業(yè)程控領(lǐng)域氣動延遲系統(tǒng)的技術(shù)缺陷，提供一種中壓應(yīng)急電源；又針對交流供電母線直接整流后的直流電壓值不能滿足為普通應(yīng)急電源內(nèi)串聯(lián)蓄電池組充滿電的技術(shù)缺陷，提供一種以升壓脈沖為保障充電的中壓系統(tǒng)應(yīng)急電源。本發(fā)明提供一種以升壓脈沖為保障充電的中壓應(yīng)急電源，其特征在于，脈沖主開關(guān)的正極接充放電母線正極，負極接脈沖升壓變壓器的一次繞組正極，防反開關(guān)的正極接脈沖升壓變壓器二次繞組的正極，負極 接串聯(lián)蓄電池組的正極，充電主開關(guān)的正極接充放電母線正極，負極接串聯(lián)蓄電池組的正極，放電控制開關(guān)的正極接串聯(lián)蓄電池組的正極，負極接充放電母線的正極；脈沖升壓變壓器一次繞組的負極、二次繞組的負極以及串聯(lián)蓄電池組的負極均與充放電母線的負極連接；當中壓交流供電母線電壓正常時，放電控制開關(guān)關(guān)斷，脈沖主開關(guān)關(guān)斷，工業(yè)傳動的中間值流通過充電主開關(guān)對串聯(lián)蓄電池組充電，當蓄電池串聯(lián)總電壓接近工業(yè)傳動中間直流電壓值時，脈沖主開關(guān)開始工作，系統(tǒng)進入脈沖升壓提升充電階段；當應(yīng)急電源放電時，脈沖主開關(guān)關(guān)斷，放電控制開關(guān)接通。優(yōu)選地，充放電母線的正極與工業(yè)傳動的中間直流母線的正極連接，負極與工業(yè)傳動的中間直流母線的負極連接。優(yōu)選地，工業(yè)傳動的能量變換的交流電壓輸出值的范圍為O. 66KV至10KV。優(yōu)選地，脈沖主開關(guān)和放電控制開關(guān)為可控類無觸點開關(guān)。優(yōu)選地，充電主開關(guān)為無觸點開關(guān)。優(yōu)選地，充電主開關(guān)為可控型無觸點開關(guān)。優(yōu)選地，防反開關(guān)為無觸點開關(guān)。優(yōu)選地，防反開關(guān)為可控型無觸點開關(guān)。實施本發(fā)明的以升壓脈沖為保障充電的中壓應(yīng)急電源，具有以下有益效果1)通過采用脈沖升壓回路的充電保障，可以充分利用成熟的工業(yè)傳動主機的整流環(huán)節(jié)對蓄電池組充電且充滿電；2)可以保證中壓交流動力系統(tǒng)遇到中壓供電母線或系統(tǒng)電源故障時，在任意設(shè)定時間內(nèi)不停止工作，尤其是在電網(wǎng)突然斷電的情況下能持續(xù)正常工作，從而使電網(wǎng)故障停電的損失降為“O”。

圖I是本發(fā)明以升壓脈沖為保障充電的中壓應(yīng)急電源的一具體實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
圖I是本發(fā)明以升壓脈沖為保障充電的中壓應(yīng)急電源的一具體實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖所示，脈沖主開關(guān)G3的正極接充放電母線M的正極，負極接脈沖升壓變壓器B的一次繞組正極，控制極接控制器K ;防反開關(guān)G4的正極接脈沖升壓變壓器B 二次繞組的正極，負極接串聯(lián)蓄電池組E的正極；充電主開關(guān)Gl的正極接充放電母線正極，負極接串聯(lián)蓄電池組E的正極；放電控制開關(guān)G2的正極接串聯(lián)蓄電池組E的正極，負極接充放電母線M的正極，控制極接控制器K;脈沖升壓變壓器B—次繞組的負極、二次繞組的負極以及串聯(lián)蓄電池組E的負極均與充放電母線M的負極連接。充放電母線的正極與工業(yè)傳動PM的中間直流母線的正極連接，負極與工業(yè)傳動PM的中間直流母線的負極連接。工業(yè)傳動PM的輸入端連接中壓交流供電母線L2，輸出端連接中壓應(yīng)急動力負載D，例如電動機。工業(yè)傳動PM主要由中壓整流環(huán)節(jié)CZ和逆變環(huán)節(jié)SW構(gòu)成，基本原理與低壓(380V)整流逆變原理基本相同，信號與控制功能略有不同，中間直流電壓為891V左右。當配置專用控制器時，也可以用相應(yīng)的中壓整流器和逆變器取而代之。在本發(fā)明中，脈沖主開關(guān)G3和放電控制開關(guān)G2為可控類無觸點開關(guān)，可以是IGCT、IGBT、IPM、電力-M0SFET、(GT0)、SITH、MCT等器件或由電子器件構(gòu)成的開關(guān)模塊或開關(guān)電路。充電主開關(guān)Gl為任意電力電子類無觸點開關(guān)，可以是P_MOSFET、IGBT、IGCT、IPM、SITH、MCT、可關(guān)斷晶閘管(GT0)，也可以是二極管、晶閘管或由電力電子器件組合而成的開關(guān)電路。防反開關(guān)G4為任意電力電子類無觸點開關(guān)，可以是可控型，也可以是不可控型，當采用可控型無觸點開關(guān)時，效果更好。脈沖變壓器可為工頻或中頻或高頻的升壓類脈沖變壓器。本發(fā)明的工業(yè)傳動PM能量變換輸出的交流電壓值的范圍為O. 66KV至10KV。工業(yè)傳動PM作為交流能量變換裝置，可以是ABB、西門子或施奈德等著名品牌的工業(yè)傳動型變頻主機，也可以是國產(chǎn)的中壓變頻裝置，還可以是中壓寬頻逆變裝置。 在本實施例中，工業(yè)傳動PM輸出值采用O. 66KV，即660V。工業(yè)傳動PM逆變環(huán)節(jié)的輸入直流電壓應(yīng)不低于891V，所需要的每組串聯(lián)蓄電池組E的數(shù)量為12V系列的74節(jié)或者2V系列的445節(jié)以上。為了給串聯(lián)蓄電池組E充電，則需要保證充電總電壓高于串聯(lián)蓄電池組E總電壓的10% —15%，交流傳動主機中間直流電壓只能等于上述蓄電池的串聯(lián)電壓值，只能對虧電的串聯(lián)蓄電池組充電但無法保證充滿電。因此，本發(fā)明利用控制器K監(jiān)測串聯(lián)蓄電池組E的被充電情況，適時地啟動脈沖充電回路?？刂破鱇可以為具有控制功能的單片機、單板機、工控機、智能控制儀表、PLC或其他計算機類控制裝置，也可以由工業(yè)傳動控制器代替。當中壓交流供電母線L2正常時，中壓動力所需的660V應(yīng)急交流電源由中壓交流供電母線L2經(jīng)整流逆變環(huán)節(jié)提供，此時，放電控制開關(guān)G2處于關(guān)斷狀態(tài)。此時若串聯(lián)蓄電池組E充電電壓明顯低于891V (工業(yè)傳動中間直流電壓值)，則由充電主開關(guān)Gl的正向?qū)▉肀３謱Υ?lián)蓄電池組E的正常充電；當控制器K監(jiān)測到串聯(lián)蓄電池組E電壓臨近891V(參數(shù)可調(diào))時，控制器K便向脈沖主開關(guān)G3發(fā)出控制信號，脈沖主開關(guān)G3則按照設(shè)定的頻率反復開關(guān)動作，產(chǎn)生脈沖電流，并在一次繞組中建立脈沖變化磁場，通過二次繞組升壓后將高壓感應(yīng)脈沖電流不斷地充進串聯(lián)蓄電池組E，直到蓄電池完全充滿后停止工作并進入間歇充電工況狀態(tài)。當控制器K通過檢測信號V監(jiān)測到中壓交流供電母線L2因故停電時，控制器K向脈沖主開關(guān)G3發(fā)出控制信號，控制脈沖主開關(guān)G3的關(guān)斷，向放電控制開關(guān)G2發(fā)出控制信號，控制放電控制開關(guān)G2接通。串聯(lián)蓄電池組E經(jīng)放電控制開關(guān)G2放電為工業(yè)傳動PM的逆變環(huán)節(jié)提供直流電源，此時工業(yè)傳動PM輸出端的660V電源為應(yīng)急電源。串聯(lián)蓄電池組E的能量放盡，欠壓保護啟動后放電控制開關(guān)G2自動關(guān)斷，工業(yè)傳動PM停止輸出；或上位機發(fā)來停機信號，放電控制開關(guān)G2自動關(guān)斷，工業(yè)傳動PM停止輸出；*660V中壓交流供電母線L2電源恢復，放電控制開關(guān)G2自動關(guān)斷時，串聯(lián)蓄電池組E在控制器K的控制下重新進入充電狀態(tài)。根據(jù)需要，串聯(lián)蓄電池組E可以是I組，也可以是2組以上，只要各組正極和負極均分別并聯(lián)即可。本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域各類過程控制系統(tǒng)，特別是化工、石油、石化和煤化工領(lǐng)域的應(yīng)急電源系統(tǒng)。本發(fā)明是通過實施例進行描述的，本領(lǐng)域技術(shù)人員知悉，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對這些特征和實施例進行各種改變或等效替換。另外，在本發(fā)明的教
導下，可以對這些特征和實施例進行修改以適應(yīng)具體的情況及材料而不會脫離本發(fā)明的精神和范圍。因此，本發(fā)明不受此處所公開的具體實施例的限制，所有落入本申請的權(quán)利要求范圍內(nèi)的實施例都屬于本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求1.一種以升壓脈沖為保障充電的中壓應(yīng)急電源，其特征在于，脈沖主開關(guān)的正極接充放電母線正極，負極接脈沖升壓變壓器的一次繞組正極，防反開關(guān)的正極接脈沖升壓變壓器二次繞組的正極，負極接串聯(lián)蓄電池組的正極，充電主開關(guān)的正極接充放電母線正極，負極接串聯(lián)蓄電池組的正極，放電控制開關(guān)的正極接串聯(lián)蓄電池組的正極，負極接充放電母線的正極；脈沖升壓變壓器一次繞組的負極、二次繞組的負極以及串聯(lián)蓄電池組的負極均與充放電母線的負極連接；當中壓交流供電母線電壓正常時，放電控制開關(guān)關(guān)斷，脈沖主開關(guān)關(guān)斷，工業(yè)傳動的中間值流通過充電主開關(guān)對串聯(lián)蓄電池組充電，當蓄電池串聯(lián)總電壓接近工業(yè)傳動中間直流電壓值時，脈沖主開關(guān)開始工作，系統(tǒng)進入脈沖升壓提升充電階段；當應(yīng)急電源放電時，脈沖主開關(guān)關(guān)斷，放電控制開關(guān)接通。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的以升壓脈沖為保障充電的中壓應(yīng)急電源，其特征在于，充放電母線的正極與工業(yè)傳動的中間直流母線的正極連接，負極與工業(yè)傳動的中間直流母線的負極連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的以升壓脈沖為保障充電的中壓應(yīng)急電源，其特征在于，工業(yè)傳動的能量變換的交流電壓輸出值的范圍為O. 66KV至10KV。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的以升壓脈沖為保障充電的中壓應(yīng)急電源，其特征在于，脈沖主開關(guān)和放電控制開關(guān)為可控類無觸點開關(guān)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的以升壓脈沖為保障充電的中壓應(yīng)急電源，其特征在于，充電主開關(guān)為無觸點開關(guān)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的以升壓脈沖為保障充電的中壓應(yīng)急電源，其特征在于，充電主開關(guān)為可控型無觸點開關(guān)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的以升壓脈沖為保障充電的中壓應(yīng)急電源，其特征在于，防反開關(guān)為無觸點開關(guān)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的以升壓脈沖為保障充電的中壓應(yīng)急電源，其特征在于，防反開關(guān)為可控型無觸點開關(guān)。
專利摘要本實用新型提供一種以升壓脈沖為保障充電的中壓應(yīng)急電源，其特征在于，當中壓交流供電母線電壓正常時，放電控制開關(guān)關(guān)斷，脈沖主開關(guān)關(guān)斷，工業(yè)傳動的中間值流通過充電主開關(guān)對串聯(lián)蓄電池組充電，當蓄電池串聯(lián)總電壓接近工業(yè)傳動中間直流電壓值時，脈沖主開關(guān)開始工作，系統(tǒng)進入脈沖升壓提升充電階段；當應(yīng)急電源放電時，脈沖主開關(guān)關(guān)斷，放電控制開關(guān)接通。實施本實用新型的以升壓脈沖為保障充電的中壓應(yīng)急電源，可以保證中壓交流動力系統(tǒng)遇到中壓供電母線或系統(tǒng)電源故障時，在任意設(shè)定時間內(nèi)不停止工作，尤其是在電網(wǎng)突然斷電的情況下能持續(xù)正常工作，從而使電網(wǎng)故障停電的損失降為“0”。
文檔編號H02J9/06GK202475006SQ201220059938
公開日2012年10月3日 申請日期2012年2月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月23日
發(fā)明者劉娜, 孫毅彪, 徐云勝, 范延勇 申請人:國彪電源集團有限公司