[发明专利]一种变频器低电压穿越电源

权利要求书

1.一种变频器低电压穿越电源，包括功率电路和控制电路，功率电路由总开关电路、整流电路、预充电电路、升压斩波电路、投切电路和旁路线路组成，控制电路由采样电路、控制器、驱动电路以及控制电路供电电源组成，

断路器QF合闸上电要通过预充电电阻YR1对直流电容充电，上电完成后将预充电电阻YR1旁路，

经过全桥不控整流，经滤波电容，将直流电送入升压回路，

升压回路由三组参数一致的BOOST电路并联组成，三组电路的开关管采用交错并联调制方式，

在低电压穿越电源处于备用状态，由晶闸管开关实现低电压穿越电源隔离，并根据设计的控制策略实现投切控制，

控制器采集功率回路的电压、电流和开关的状态量，对电压和电流进行闭环调节，对开关进行自动控制，实现了系统全闭环控制，

控制电路供电电源采用宽电压输入电源。

2.如权利要求1所述变频器低电压穿越电源，其特征在于，所述控制器的控制算法包括：

(1)旁路式工作模式：电压跌落时，低电压穿越电源给变频器供电电网电压正常时，变频器直接经交流输入端从电网取电工作，低电压穿越电源处于热备用状态，

低电压穿越电源投入使用时，控制器上电进入初始化，发出合闸指令，断路器QF、接触器KM相继合闸，之后进行自检，以在上电初期检测设备是否正常，防止将故障设备投入，

自检即是让设备进行升压斩波工作，将直流母线电压(Uc2处)抬高到给定输出值，

若自检失败，发停机指令并将故障信号上传给上位机，

自检成功后进入热备用待机状态，随时监测变频器输入电压，电压值小于启动电压值时，启动升压斩波功能并触发晶闸管，设备投入运行，

当设备最大运行时间到达或电网电压恢复后，便停止升压功能，低电压穿越电源退出运行，重新回到热备用待机状态，

电压监测电路实时监测变频器直流母线电压值，设定测试点U3处是监测电压最佳位置，测试点U3处连接在变频器的输入直流母线上，可以及时准确的反应变频器输入电压，此处虽然也有滤波电容，但是与U2相比时间常数很小，电容电压可真实反映直流母线的实际电压，

当U3<Ustart时，设备启动升压，Ustart的值需根据变频器的低电压保护阈值确定，在变频器启动低压保护之前向变频器供电，设备是否退出升压斩波需监测U1处电压值，当在斩波运行中U1处电压>Ustop,且2S后仍满足此关系，便可停止升压，Ustop的值需大于Ustart，这里，

U₂：变频器直流母线电压值监测点，但是不如U₃准确合适；

U₃：U₃处是监测电压最合适的位置，U₃处连接在变频器的输入直流母线上，可以及时准确的反应变频器输入电压，此处虽然也有滤波电容，但是与U2相比时间常数很小，电容电压可真实反映直流母线的实际电压；

U_start：设备的启动升压值；

U_stop：设备的停止升压值；

普通晶闸管SCR用作低电压穿越电源投入与退出供电的控制开关，当检测到变频器的输入电压跌落需要进行辅助升压时，在触发BOOST升压电路IGBT的同时，触发晶闸管SCR，待其导通后停止触发，但此时仍处于通态，当电网电压恢复正常，设备不再进行升压斩波，晶闸管SCR中便没有电流流过，自动关断；

(2)双单环自动控制模式：升压斩波电路的控制采用双单环PI算法，采样电路将输出电压和电流值送入控制器，经过PI运算后得到IGBT的占空比，与载波进行比较，输出IGBT的触发脉冲，

将电压环和电流环拆为两个独立的控制环，同一时刻只有一个控制环在运行，两个控制环均将PI运算后输出的数值作为IGBT的触发脉冲占空比，设备通常运行在电压环，直流母线电压U2工作在给定值Uref，

若由于过载或短路使输出电流高于电流保护阈值时，便切换到电流控制环，进行定电流调节，输出电压随之降低，防止设备输出电流过大而被损坏；当输出负载恢复正常时，再次切换到电压控制环，进行定电压工作；

(3)故障自动监测与处理模式：由于控制器具有一定的调节周期，瞬间扰动引起的过电压和过电流在闭环调节器调节周期内处于失控状态，对于这种异常状态，

当电压电流瞬间越限，比较电路将越限信号传给控制器，控制器立即将PI调节器输出清零，

若出现连续多次封脉冲处理，可断定设备已故障，需停机修复。

3.如权利要求2所述变频器低电压穿越电源，其特征在于，所述控制器对于(2)模式的控制算法还包括：

采用增量式PI控制算法，如式(3)所示，f_n为当前调节周期内的计算输出值，在本设备中为IGBT的触发脉冲占空比，f_n-1为上一个调节周期内的输出值，e_k为当前调节周期内反馈值与给定值的偏差，Δe_k为当前调节周期的偏差与上一个周期偏差的差值，k_p为比例系数，k_i为积分系数。PI参数的整定常用的试凑法，双单环的参数分别整定，且两组参数没有直接联系。整定时，先令k_p由0逐渐增大，直至系统出现震荡，取此时k_p的60％-70％作为最终k_p值，之后，保持k_p不变，k_i由0逐渐增大，待稳态误差为零，K_i整定结束，

f_n＝k_p·Δe_k+k_i·e_k+f_n-1 (3)

Δe_k＝e_k-e_k-1 (4)。