交流變頻型不間斷電源設(shè)計(jì)①

張黎蓉

摘 要：本文介紹了交流變頻型不間斷電源的組成及工作原理，并舉實(shí)例講述了主要組成部分相關(guān)參數(shù)的確定。

關(guān)鍵詞：不間斷電源 變頻器 蓄電池

中圖分類號(hào)：TM61 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）05（a）-0007-02隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展及人民生活水平的不斷提高，人們對(duì)電質(zhì)量的要求及依賴性也越來(lái)越高。尤其是對(duì)一些不允許間斷供電的重要負(fù)荷的場(chǎng)合提出了更高的要求，比如：轉(zhuǎn)爐、氧槍提升等轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備以及電力、冶金、石化等行業(yè)的冷卻潤(rùn)滑系統(tǒng)中的水泵、油泵等類負(fù)載，一旦斷電將導(dǎo)致運(yùn)行中的機(jī)組停運(yùn)，會(huì)給企業(yè)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。交流變頻型不間斷電源的出現(xiàn)為這些場(chǎng)合提供了可靠的電源保障。

1 設(shè)計(jì)思想

電機(jī)硬啟動(dòng)對(duì)電網(wǎng)造成嚴(yán)重的沖擊，而且還會(huì)對(duì)電網(wǎng)容量要求過(guò)高，啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的大電流對(duì)設(shè)備、管路的使用壽命都不利。而變頻器的軟啟動(dòng)功能可以使輸出電壓和頻率均從零開(kāi)始，即限制了啟動(dòng)電流，甚至小于額定電流電機(jī)都可以正常啟動(dòng)，這樣不但減輕了對(duì)電網(wǎng)的沖擊和對(duì)供電容量的要求，而且還延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命。

目前常用的電壓型變頻器，其中間直流環(huán)節(jié)的電壓約為510～620 V，如果在市電停電后能為變頻器的中間環(huán)節(jié)提供一路這樣的直流電壓，其逆變器就能不間斷地輸出三相正弦交流電壓，而且其電壓及頻率均能連續(xù)可調(diào)。由此只要配套一組蓄電池，就可實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載的不間斷供電。

2 系統(tǒng)組成和工作原理

由圖1可以看出，交流變頻型不間斷電源主要由矢量變頻器、蓄電池組、高頻開(kāi)關(guān)充電模塊、監(jiān)控模塊和隔離變壓器構(gòu)成。

當(dāng)交流供電正常時(shí)，由三相正弦交流電給變頻器負(fù)荷提供電源且電池不接入變頻器，同時(shí)交流電源由隔離變壓器經(jīng)充電模塊對(duì)電池依電池狀態(tài)處于浮充或均充工況，使充電安全且滿容量充電，確保可靠后備電源；當(dāng)交流輸入電源中斷時(shí)，電池投入變頻器直流電源側(cè)使變頻器有可靠后備電源，繼續(xù)提供三相變頻電源輸出。

3 實(shí)例應(yīng)用

遼寧凌源鋼鐵項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)要求變頻器輸出功率為15 kW，交流事故停電后由電池繼續(xù)給變頻器供電，保證負(fù)載能連續(xù)工作，且后備時(shí)間為10 min以上。

3.1 矢量變頻器

變頻器選取西門(mén)子6SE70系列，對(duì)應(yīng)額定功率15 kW選取即可。電機(jī)制動(dòng)時(shí)（事故剎車），其由慣性產(chǎn)生的能量需要被消耗掉，所以需配備相應(yīng)的制動(dòng)單元。制動(dòng)單元實(shí)質(zhì)上是一個(gè)斬波器，它根據(jù)直流母線上電壓值的大小判斷制動(dòng)的狀態(tài)從而進(jìn)行投入和切除。同時(shí)它還可以監(jiān)控制動(dòng)電阻上流過(guò)的電流，使其正常、安全的工作。為了加大制動(dòng)功率或提高長(zhǎng)時(shí)間制動(dòng)功率，可以再外接一個(gè)與其匹配的制動(dòng)電阻。

3.2 蓄電池組

該設(shè)備采用閥控式密封鉛酸免維護(hù)蓄電池（VRLA）作為后備電源，其具有壽命長(zhǎng)、無(wú)污染、體積小、放電性能好、維護(hù)量小等優(yōu)點(diǎn)。

3.2.1 電池只數(shù)的確定

根據(jù)變頻器直流額定工作電壓范圍：510 V（-15%）-650（+10%），計(jì)算變頻器正常工作電壓的上限和下限值，即： V； V。

變頻器的直流工作電壓取其平均值，即：

由此得，取N=42只。

即： V

此電壓值在變頻器工作電壓范圍內(nèi)，所以電池按42只選取即可。

Un為變頻器直流輸入電壓；Uf為單體蓄電池浮充電電壓。

3.2.2 電池終止電壓的確定

根據(jù)變頻器直流額定工作電壓范圍：510 V（-15%）-650（+10%），即當(dāng)電壓低至 V時(shí)，變頻器仍然可以正常工作。

根據(jù)變頻器最低工作電壓，由此推算單只電池的放電終止電壓為： V。

蓄電池放電電流的計(jì)算公式為：。

P為變頻器功率，Pt為變頻器功率因數(shù)，η為變頻器效率，U為放電后電池組端電壓 A。

對(duì)照陽(yáng)光電池放電表（見(jiàn)表1），得知：終止電壓在1.75 V時(shí)，放電15 min，大于32.96 A的電流值為46 A，即對(duì)應(yīng)的電池為32 AH。由此可知15 kW的變頻器，至少需要配備32 AH的電池。

3.3 充電模塊的選擇

充電模塊采用新型大容量IGBT功率器件及先進(jìn)的PWM脈寬調(diào)制技術(shù)，使其具有大功率輸出的特點(diǎn)。同時(shí)充電模塊采用獨(dú)特結(jié)構(gòu)，對(duì)小容量的電池也能做到穩(wěn)定的恒流充電，不會(huì)過(guò)充或欠充。因此具有良好的穩(wěn)壓、穩(wěn)流精度，確保用電安全和延長(zhǎng)電池使用壽命。而且該IGBT充電模塊帶有內(nèi)部溫度檢測(cè)，當(dāng)溫度高時(shí)，自動(dòng)開(kāi)啟風(fēng)扇散熱。在此基礎(chǔ)上采用抗干擾能力極強(qiáng)的計(jì)算機(jī)、串行A/D、D/A轉(zhuǎn)換器等新型器件，實(shí)現(xiàn)模塊的智能控制，確保其對(duì)電池進(jìn)行恒壓限流充電。通過(guò)通信接口還可對(duì)模塊進(jìn)行啟/停控制、參數(shù)設(shè)定、運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)等操作。

3.3.1 充電模塊電壓的確定

即

Ur為充電裝置的額定電壓；n為蓄電池單體個(gè)數(shù)；Ucm為充電末期單體蓄電池電壓（閥控式鉛酸蓄電池為2.4 V）。

根據(jù)，得出 V考慮到電網(wǎng)電壓的波動(dòng)及交流變直流時(shí)的占空比，為了提高電池和變頻器的可靠性，在此基礎(chǔ)上還需考慮一個(gè)可靠系數(shù)，即充電模塊需輸出的電壓為： V，由此可知充電模塊的輸入電壓為500 V，輸出電壓為605 V。

4.3.2 充電模塊電流的確定

充電模塊的主要作用就是給電池充電，而鉛酸蓄電池充電電流為0.1C10，即為 A由此，充電模塊額定電流為10 A，同時(shí)為了保證系統(tǒng)的可靠，一般充電模塊都為冗余設(shè)計(jì)，即10 A充電模塊2個(gè)。

3.4 監(jiān)控模塊

具有人機(jī)操作界面的監(jiān)控模塊是整個(gè)設(shè)備的信息處理中心，它分為監(jiān)控單元和檢測(cè)單元兩部分。其功能為：通過(guò)內(nèi)部通信總線與檢測(cè)單元、充電模塊等進(jìn)行信息交換，獲得各種運(yùn)行參數(shù)，實(shí)施各種控制操作，從而實(shí)現(xiàn)電源系統(tǒng)的“四遙”功能，即遙信、遙測(cè)、遙控、遙調(diào)；根據(jù)獲得的信息進(jìn)行處理，并通過(guò)無(wú)源接點(diǎn)輸出報(bào)警信息或給充電模塊發(fā)出相應(yīng)的控制命令；根據(jù)對(duì)交流進(jìn)線電壓的監(jiān)測(cè)，控制雙路交流輸入的切換；按照預(yù)設(shè)的充電曲線控制充電模塊對(duì)電池的充電；提供RS-232、RS-422或RS-485接口與后臺(tái)計(jì)算機(jī)通信；監(jiān)測(cè)交流輸入電壓、輸出過(guò)壓、輸出電流、電池充電電壓、電池充電電流。

3.5 變壓器容量的確定

國(guó)內(nèi)的供電電源一般都是380～400 V，而現(xiàn)在充電模塊輸入需要的交流電壓為500 V，所以需要使用隔離變壓器將電壓由380 V升壓到500 V，充電模塊是給電池提供直流充電電壓和電流的，電池已選定32 AH，那么根據(jù)鉛酸閥控式電池的充電特性，充電電流按照0.1倍的電池容量，由此得到電池的充電電流為3.2 A。

由此得出變壓器容量：

即

UE為整流變壓器二次線電壓；IE為整流變壓器二次線電流；ID為直流側(cè)電流

變壓器選用△/Y-11型，即變壓器為 2.5 kVA，380/500 V△/Y-11。

4 結(jié)語(yǔ)

此設(shè)備在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行良好，期間曾多次因?yàn)橥ｋ姙楝F(xiàn)場(chǎng)提供了穩(wěn)定可靠的電源，使現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備能夠正常運(yùn)行，得到用戶一致的認(rèn)可。

參考文獻(xiàn)

[1] 電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).電力工程直流系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程[M].北京：中國(guó)電力出版社，2006.

[2] 白忠敏.電力工程直流系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2009，9.

[3] 陸儉國(guó).中國(guó)電氣工程大典—— 配電工程[M].北京：中國(guó)電力出版社，2009.endprint

摘 要：本文介紹了交流變頻型不間斷電源的組成及工作原理，并舉實(shí)例講述了主要組成部分相關(guān)參數(shù)的確定。

關(guān)鍵詞：不間斷電源 變頻器 蓄電池

中圖分類號(hào)：TM61 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）05（a）-0007-02隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展及人民生活水平的不斷提高，人們對(duì)電質(zhì)量的要求及依賴性也越來(lái)越高。尤其是對(duì)一些不允許間斷供電的重要負(fù)荷的場(chǎng)合提出了更高的要求，比如：轉(zhuǎn)爐、氧槍提升等轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備以及電力、冶金、石化等行業(yè)的冷卻潤(rùn)滑系統(tǒng)中的水泵、油泵等類負(fù)載，一旦斷電將導(dǎo)致運(yùn)行中的機(jī)組停運(yùn)，會(huì)給企業(yè)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。交流變頻型不間斷電源的出現(xiàn)為這些場(chǎng)合提供了可靠的電源保障。

1 設(shè)計(jì)思想

電機(jī)硬啟動(dòng)對(duì)電網(wǎng)造成嚴(yán)重的沖擊，而且還會(huì)對(duì)電網(wǎng)容量要求過(guò)高，啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的大電流對(duì)設(shè)備、管路的使用壽命都不利。而變頻器的軟啟動(dòng)功能可以使輸出電壓和頻率均從零開(kāi)始，即限制了啟動(dòng)電流，甚至小于額定電流電機(jī)都可以正常啟動(dòng)，這樣不但減輕了對(duì)電網(wǎng)的沖擊和對(duì)供電容量的要求，而且還延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命。

目前常用的電壓型變頻器，其中間直流環(huán)節(jié)的電壓約為510～620 V，如果在市電停電后能為變頻器的中間環(huán)節(jié)提供一路這樣的直流電壓，其逆變器就能不間斷地輸出三相正弦交流電壓，而且其電壓及頻率均能連續(xù)可調(diào)。由此只要配套一組蓄電池，就可實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載的不間斷供電。

2 系統(tǒng)組成和工作原理

由圖1可以看出，交流變頻型不間斷電源主要由矢量變頻器、蓄電池組、高頻開(kāi)關(guān)充電模塊、監(jiān)控模塊和隔離變壓器構(gòu)成。

當(dāng)交流供電正常時(shí)，由三相正弦交流電給變頻器負(fù)荷提供電源且電池不接入變頻器，同時(shí)交流電源由隔離變壓器經(jīng)充電模塊對(duì)電池依電池狀態(tài)處于浮充或均充工況，使充電安全且滿容量充電，確保可靠后備電源；當(dāng)交流輸入電源中斷時(shí)，電池投入變頻器直流電源側(cè)使變頻器有可靠后備電源，繼續(xù)提供三相變頻電源輸出。

3 實(shí)例應(yīng)用

遼寧凌源鋼鐵項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)要求變頻器輸出功率為15 kW，交流事故停電后由電池繼續(xù)給變頻器供電，保證負(fù)載能連續(xù)工作，且后備時(shí)間為10 min以上。

3.1 矢量變頻器

變頻器選取西門(mén)子6SE70系列，對(duì)應(yīng)額定功率15 kW選取即可。電機(jī)制動(dòng)時(shí)（事故剎車），其由慣性產(chǎn)生的能量需要被消耗掉，所以需配備相應(yīng)的制動(dòng)單元。制動(dòng)單元實(shí)質(zhì)上是一個(gè)斬波器，它根據(jù)直流母線上電壓值的大小判斷制動(dòng)的狀態(tài)從而進(jìn)行投入和切除。同時(shí)它還可以監(jiān)控制動(dòng)電阻上流過(guò)的電流，使其正常、安全的工作。為了加大制動(dòng)功率或提高長(zhǎng)時(shí)間制動(dòng)功率，可以再外接一個(gè)與其匹配的制動(dòng)電阻。

3.2 蓄電池組

該設(shè)備采用閥控式密封鉛酸免維護(hù)蓄電池（VRLA）作為后備電源，其具有壽命長(zhǎng)、無(wú)污染、體積小、放電性能好、維護(hù)量小等優(yōu)點(diǎn)。

3.2.1 電池只數(shù)的確定

根據(jù)變頻器直流額定工作電壓范圍：510 V（-15%）-650（+10%），計(jì)算變頻器正常工作電壓的上限和下限值，即： V； V。

變頻器的直流工作電壓取其平均值，即：

由此得，取N=42只。

即： V

此電壓值在變頻器工作電壓范圍內(nèi)，所以電池按42只選取即可。

Un為變頻器直流輸入電壓；Uf為單體蓄電池浮充電電壓。

3.2.2 電池終止電壓的確定

根據(jù)變頻器直流額定工作電壓范圍：510 V（-15%）-650（+10%），即當(dāng)電壓低至 V時(shí)，變頻器仍然可以正常工作。

根據(jù)變頻器最低工作電壓，由此推算單只電池的放電終止電壓為： V。

蓄電池放電電流的計(jì)算公式為：。

P為變頻器功率，Pt為變頻器功率因數(shù)，η為變頻器效率，U為放電后電池組端電壓 A。

對(duì)照陽(yáng)光電池放電表（見(jiàn)表1），得知：終止電壓在1.75 V時(shí)，放電15 min，大于32.96 A的電流值為46 A，即對(duì)應(yīng)的電池為32 AH。由此可知15 kW的變頻器，至少需要配備32 AH的電池。

3.3 充電模塊的選擇

充電模塊采用新型大容量IGBT功率器件及先進(jìn)的PWM脈寬調(diào)制技術(shù)，使其具有大功率輸出的特點(diǎn)。同時(shí)充電模塊采用獨(dú)特結(jié)構(gòu)，對(duì)小容量的電池也能做到穩(wěn)定的恒流充電，不會(huì)過(guò)充或欠充。因此具有良好的穩(wěn)壓、穩(wěn)流精度，確保用電安全和延長(zhǎng)電池使用壽命。而且該IGBT充電模塊帶有內(nèi)部溫度檢測(cè)，當(dāng)溫度高時(shí)，自動(dòng)開(kāi)啟風(fēng)扇散熱。在此基礎(chǔ)上采用抗干擾能力極強(qiáng)的計(jì)算機(jī)、串行A/D、D/A轉(zhuǎn)換器等新型器件，實(shí)現(xiàn)模塊的智能控制，確保其對(duì)電池進(jìn)行恒壓限流充電。通過(guò)通信接口還可對(duì)模塊進(jìn)行啟/停控制、參數(shù)設(shè)定、運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)等操作。

3.3.1 充電模塊電壓的確定

即

Ur為充電裝置的額定電壓；n為蓄電池單體個(gè)數(shù)；Ucm為充電末期單體蓄電池電壓（閥控式鉛酸蓄電池為2.4 V）。

根據(jù)，得出 V考慮到電網(wǎng)電壓的波動(dòng)及交流變直流時(shí)的占空比，為了提高電池和變頻器的可靠性，在此基礎(chǔ)上還需考慮一個(gè)可靠系數(shù)，即充電模塊需輸出的電壓為： V，由此可知充電模塊的輸入電壓為500 V，輸出電壓為605 V。

4.3.2 充電模塊電流的確定

充電模塊的主要作用就是給電池充電，而鉛酸蓄電池充電電流為0.1C10，即為 A由此，充電模塊額定電流為10 A，同時(shí)為了保證系統(tǒng)的可靠，一般充電模塊都為冗余設(shè)計(jì)，即10 A充電模塊2個(gè)。

3.4 監(jiān)控模塊

具有人機(jī)操作界面的監(jiān)控模塊是整個(gè)設(shè)備的信息處理中心，它分為監(jiān)控單元和檢測(cè)單元兩部分。其功能為：通過(guò)內(nèi)部通信總線與檢測(cè)單元、充電模塊等進(jìn)行信息交換，獲得各種運(yùn)行參數(shù)，實(shí)施各種控制操作，從而實(shí)現(xiàn)電源系統(tǒng)的“四遙”功能，即遙信、遙測(cè)、遙控、遙調(diào)；根據(jù)獲得的信息進(jìn)行處理，并通過(guò)無(wú)源接點(diǎn)輸出報(bào)警信息或給充電模塊發(fā)出相應(yīng)的控制命令；根據(jù)對(duì)交流進(jìn)線電壓的監(jiān)測(cè)，控制雙路交流輸入的切換；按照預(yù)設(shè)的充電曲線控制充電模塊對(duì)電池的充電；提供RS-232、RS-422或RS-485接口與后臺(tái)計(jì)算機(jī)通信；監(jiān)測(cè)交流輸入電壓、輸出過(guò)壓、輸出電流、電池充電電壓、電池充電電流。

3.5 變壓器容量的確定

國(guó)內(nèi)的供電電源一般都是380～400 V，而現(xiàn)在充電模塊輸入需要的交流電壓為500 V，所以需要使用隔離變壓器將電壓由380 V升壓到500 V，充電模塊是給電池提供直流充電電壓和電流的，電池已選定32 AH，那么根據(jù)鉛酸閥控式電池的充電特性，充電電流按照0.1倍的電池容量，由此得到電池的充電電流為3.2 A。

由此得出變壓器容量：

即

UE為整流變壓器二次線電壓；IE為整流變壓器二次線電流；ID為直流側(cè)電流

變壓器選用△/Y-11型，即變壓器為 2.5 kVA，380/500 V△/Y-11。

4 結(jié)語(yǔ)

此設(shè)備在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行良好，期間曾多次因?yàn)橥ｋ姙楝F(xiàn)場(chǎng)提供了穩(wěn)定可靠的電源，使現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備能夠正常運(yùn)行，得到用戶一致的認(rèn)可。

參考文獻(xiàn)

[1] 電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).電力工程直流系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程[M].北京：中國(guó)電力出版社，2006.

[2] 白忠敏.電力工程直流系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2009，9.

[3] 陸儉國(guó).中國(guó)電氣工程大典—— 配電工程[M].北京：中國(guó)電力出版社，2009.endprint

摘 要：本文介紹了交流變頻型不間斷電源的組成及工作原理，并舉實(shí)例講述了主要組成部分相關(guān)參數(shù)的確定。

關(guān)鍵詞：不間斷電源 變頻器 蓄電池

中圖分類號(hào)：TM61 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）05（a）-0007-02隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展及人民生活水平的不斷提高，人們對(duì)電質(zhì)量的要求及依賴性也越來(lái)越高。尤其是對(duì)一些不允許間斷供電的重要負(fù)荷的場(chǎng)合提出了更高的要求，比如：轉(zhuǎn)爐、氧槍提升等轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備以及電力、冶金、石化等行業(yè)的冷卻潤(rùn)滑系統(tǒng)中的水泵、油泵等類負(fù)載，一旦斷電將導(dǎo)致運(yùn)行中的機(jī)組停運(yùn)，會(huì)給企業(yè)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。交流變頻型不間斷電源的出現(xiàn)為這些場(chǎng)合提供了可靠的電源保障。

1 設(shè)計(jì)思想

電機(jī)硬啟動(dòng)對(duì)電網(wǎng)造成嚴(yán)重的沖擊，而且還會(huì)對(duì)電網(wǎng)容量要求過(guò)高，啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的大電流對(duì)設(shè)備、管路的使用壽命都不利。而變頻器的軟啟動(dòng)功能可以使輸出電壓和頻率均從零開(kāi)始，即限制了啟動(dòng)電流，甚至小于額定電流電機(jī)都可以正常啟動(dòng)，這樣不但減輕了對(duì)電網(wǎng)的沖擊和對(duì)供電容量的要求，而且還延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命。

目前常用的電壓型變頻器，其中間直流環(huán)節(jié)的電壓約為510～620 V，如果在市電停電后能為變頻器的中間環(huán)節(jié)提供一路這樣的直流電壓，其逆變器就能不間斷地輸出三相正弦交流電壓，而且其電壓及頻率均能連續(xù)可調(diào)。由此只要配套一組蓄電池，就可實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載的不間斷供電。

2 系統(tǒng)組成和工作原理

由圖1可以看出，交流變頻型不間斷電源主要由矢量變頻器、蓄電池組、高頻開(kāi)關(guān)充電模塊、監(jiān)控模塊和隔離變壓器構(gòu)成。

當(dāng)交流供電正常時(shí)，由三相正弦交流電給變頻器負(fù)荷提供電源且電池不接入變頻器，同時(shí)交流電源由隔離變壓器經(jīng)充電模塊對(duì)電池依電池狀態(tài)處于浮充或均充工況，使充電安全且滿容量充電，確保可靠后備電源；當(dāng)交流輸入電源中斷時(shí)，電池投入變頻器直流電源側(cè)使變頻器有可靠后備電源，繼續(xù)提供三相變頻電源輸出。

3 實(shí)例應(yīng)用

遼寧凌源鋼鐵項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)要求變頻器輸出功率為15 kW，交流事故停電后由電池繼續(xù)給變頻器供電，保證負(fù)載能連續(xù)工作，且后備時(shí)間為10 min以上。

3.1 矢量變頻器

變頻器選取西門(mén)子6SE70系列，對(duì)應(yīng)額定功率15 kW選取即可。電機(jī)制動(dòng)時(shí)（事故剎車），其由慣性產(chǎn)生的能量需要被消耗掉，所以需配備相應(yīng)的制動(dòng)單元。制動(dòng)單元實(shí)質(zhì)上是一個(gè)斬波器，它根據(jù)直流母線上電壓值的大小判斷制動(dòng)的狀態(tài)從而進(jìn)行投入和切除。同時(shí)它還可以監(jiān)控制動(dòng)電阻上流過(guò)的電流，使其正常、安全的工作。為了加大制動(dòng)功率或提高長(zhǎng)時(shí)間制動(dòng)功率，可以再外接一個(gè)與其匹配的制動(dòng)電阻。

3.2 蓄電池組

該設(shè)備采用閥控式密封鉛酸免維護(hù)蓄電池（VRLA）作為后備電源，其具有壽命長(zhǎng)、無(wú)污染、體積小、放電性能好、維護(hù)量小等優(yōu)點(diǎn)。

3.2.1 電池只數(shù)的確定

根據(jù)變頻器直流額定工作電壓范圍：510 V（-15%）-650（+10%），計(jì)算變頻器正常工作電壓的上限和下限值，即： V； V。

變頻器的直流工作電壓取其平均值，即：

由此得，取N=42只。

即： V

此電壓值在變頻器工作電壓范圍內(nèi)，所以電池按42只選取即可。

Un為變頻器直流輸入電壓；Uf為單體蓄電池浮充電電壓。

3.2.2 電池終止電壓的確定

根據(jù)變頻器直流額定工作電壓范圍：510 V（-15%）-650（+10%），即當(dāng)電壓低至 V時(shí)，變頻器仍然可以正常工作。

根據(jù)變頻器最低工作電壓，由此推算單只電池的放電終止電壓為： V。

蓄電池放電電流的計(jì)算公式為：。

P為變頻器功率，Pt為變頻器功率因數(shù)，η為變頻器效率，U為放電后電池組端電壓 A。

對(duì)照陽(yáng)光電池放電表（見(jiàn)表1），得知：終止電壓在1.75 V時(shí)，放電15 min，大于32.96 A的電流值為46 A，即對(duì)應(yīng)的電池為32 AH。由此可知15 kW的變頻器，至少需要配備32 AH的電池。

3.3 充電模塊的選擇

充電模塊采用新型大容量IGBT功率器件及先進(jìn)的PWM脈寬調(diào)制技術(shù)，使其具有大功率輸出的特點(diǎn)。同時(shí)充電模塊采用獨(dú)特結(jié)構(gòu)，對(duì)小容量的電池也能做到穩(wěn)定的恒流充電，不會(huì)過(guò)充或欠充。因此具有良好的穩(wěn)壓、穩(wěn)流精度，確保用電安全和延長(zhǎng)電池使用壽命。而且該IGBT充電模塊帶有內(nèi)部溫度檢測(cè)，當(dāng)溫度高時(shí)，自動(dòng)開(kāi)啟風(fēng)扇散熱。在此基礎(chǔ)上采用抗干擾能力極強(qiáng)的計(jì)算機(jī)、串行A/D、D/A轉(zhuǎn)換器等新型器件，實(shí)現(xiàn)模塊的智能控制，確保其對(duì)電池進(jìn)行恒壓限流充電。通過(guò)通信接口還可對(duì)模塊進(jìn)行啟/停控制、參數(shù)設(shè)定、運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)等操作。

3.3.1 充電模塊電壓的確定

即

Ur為充電裝置的額定電壓；n為蓄電池單體個(gè)數(shù)；Ucm為充電末期單體蓄電池電壓（閥控式鉛酸蓄電池為2.4 V）。

根據(jù)，得出 V考慮到電網(wǎng)電壓的波動(dòng)及交流變直流時(shí)的占空比，為了提高電池和變頻器的可靠性，在此基礎(chǔ)上還需考慮一個(gè)可靠系數(shù)，即充電模塊需輸出的電壓為： V，由此可知充電模塊的輸入電壓為500 V，輸出電壓為605 V。

4.3.2 充電模塊電流的確定

充電模塊的主要作用就是給電池充電，而鉛酸蓄電池充電電流為0.1C10，即為 A由此，充電模塊額定電流為10 A，同時(shí)為了保證系統(tǒng)的可靠，一般充電模塊都為冗余設(shè)計(jì)，即10 A充電模塊2個(gè)。

3.4 監(jiān)控模塊

具有人機(jī)操作界面的監(jiān)控模塊是整個(gè)設(shè)備的信息處理中心，它分為監(jiān)控單元和檢測(cè)單元兩部分。其功能為：通過(guò)內(nèi)部通信總線與檢測(cè)單元、充電模塊等進(jìn)行信息交換，獲得各種運(yùn)行參數(shù)，實(shí)施各種控制操作，從而實(shí)現(xiàn)電源系統(tǒng)的“四遙”功能，即遙信、遙測(cè)、遙控、遙調(diào)；根據(jù)獲得的信息進(jìn)行處理，并通過(guò)無(wú)源接點(diǎn)輸出報(bào)警信息或給充電模塊發(fā)出相應(yīng)的控制命令；根據(jù)對(duì)交流進(jìn)線電壓的監(jiān)測(cè)，控制雙路交流輸入的切換；按照預(yù)設(shè)的充電曲線控制充電模塊對(duì)電池的充電；提供RS-232、RS-422或RS-485接口與后臺(tái)計(jì)算機(jī)通信；監(jiān)測(cè)交流輸入電壓、輸出過(guò)壓、輸出電流、電池充電電壓、電池充電電流。

3.5 變壓器容量的確定

國(guó)內(nèi)的供電電源一般都是380～400 V，而現(xiàn)在充電模塊輸入需要的交流電壓為500 V，所以需要使用隔離變壓器將電壓由380 V升壓到500 V，充電模塊是給電池提供直流充電電壓和電流的，電池已選定32 AH，那么根據(jù)鉛酸閥控式電池的充電特性，充電電流按照0.1倍的電池容量，由此得到電池的充電電流為3.2 A。

由此得出變壓器容量：

即

UE為整流變壓器二次線電壓；IE為整流變壓器二次線電流；ID為直流側(cè)電流

變壓器選用△/Y-11型，即變壓器為 2.5 kVA，380/500 V△/Y-11。

4 結(jié)語(yǔ)

此設(shè)備在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行良好，期間曾多次因?yàn)橥ｋ姙楝F(xiàn)場(chǎng)提供了穩(wěn)定可靠的電源，使現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備能夠正常運(yùn)行，得到用戶一致的認(rèn)可。

參考文獻(xiàn)

[1] 電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).電力工程直流系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程[M].北京：中國(guó)電力出版社，2006.

[2] 白忠敏.電力工程直流系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2009，9.

[3] 陸儉國(guó).中國(guó)電氣工程大典—— 配電工程[M].北京：中國(guó)電力出版社，2009.endprint