CN108155851A - 一种基于永磁空压机的冗余驱动系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于永磁空压机的冗余驱动系统，包括整流单元、滤波储能单元、第一、第二逆变单元、控制单元、RD1和RD2单元，整流单元的电源输入端电连接电网，整流单元的正负输出端通过滤波储能单元分别电连接第一、第二逆变单元，滤波储能单元包括电解电容，电解电容电连接在整流单元的正负级输出端之间，第一、第二逆变单元的三相电流输出端分别通过第一、第二接触器电连接永磁空压机，控制单元的电流输入端与第一、第二逆变单元的三相电流输出端电连接，控制单元的信号输出端连接RD1、RD2单元，第一、第二逆变单元与控制单元的信号控制端连接。本发明自带缺相、过流、过载、过压、欠压、过温、短路保护功能，且供气安全可靠。
Description
技术领域
本发明涉及永磁空压机技术领域，特别涉及一种基于永磁空压机的冗余驱动系统。
背景技术
现有永磁空压机驱动系统存在的问题：
1、由于永磁同步电机无法用工频直接启动，当现有的驱动器出现故障时，系统停机，无法确保系统供气的连续性；
2、当采用PID恒压供气时，PI参数需要手动调节，调试过程比较复杂；
3、系统功能不够智能化和人性化，无法实现远程监控。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于永磁空压机的冗余驱动系统，其自带缺相、过流、过载、过压、欠压、过温、短路等各种保护功能，且供气安全可靠。
本发明的技术方案如下：一种基于永磁空压机的冗余驱动系统，包括整流单元、滤波储能单元、第一逆变单元、第二逆变单元和控制单元，所述整流单元的电源输入端电连接电网，所述整流单元的正负输出端通过滤波储能单元分别电连接第一逆变单元和第二逆变单元，所述滤波储能单元包括电解电容，所述电解电容电连接在整流单元的正负级输出端之间，所述第一逆变单元、第二逆变单元的三相电流输出端分别通过第一接触器、第二接触器电连接永磁空压机，所述控制单元的电流输入端与所述第一逆变单元和第二逆变单元的三相电流输出端电连接，还包括RD1单元和RD2单元，所述控制单元的信号输出端连接RD1单元和RD2单元，所述第一逆变单元、第二逆变单元与控制单元的信号控制端连接。
进一步地，所述控制单元包括六相电流检测模块、坐标变换模块、转子位置与速度估算模块、速度环PI调节器、电流控制模块、第一电流环PI调节器、第二电流环PI调节器以及逆变单元互锁切换控制模块，所述六相电流检测模块与所述第一逆变单元和第二逆变单元的三相电流输出端电连接，所述六相电流检测模块与坐标变换模块的信号输入端电连接，所述坐标变换模块电连接转子位置与速度估算模块，所述转子位置与速度估算模块的d轴电流输出端依次通过速度环PI调节器、电流控制模块、第一电流环PI调节器与坐标变换模块的输入端电连接，所述转子位置与速度估算模块的q轴电流输出端依次通过速度环PI调节器、电流控制模块、第二电流环PI调节器与坐标变换模块的输入端电连接，所述坐标变换模块与电流控制模块的d轴电流输出端和q轴电流输出端电连接，所述坐标变换模块的信号输出端电连接逆变单元互锁切换控制模块，所述逆变单元互锁切换控制模块的信号输出端分别与RD1单元、RD2单元、第一逆变单元和第二逆变单元电连接。
进一步地，所述控制单元自检完成时会输出第一逆变单元的运行准备就绪RD1信号，同时通过第一逆变单元控制第一接触器吸合；在所述第一逆变单元出现故障时，所述控制单元会输出第二逆变单元的运行准备就绪RD2信号，同时通过第二逆变单元控制第二接触器吸合。
进一步地，所述第一逆变单元和第二逆变单元均采用六个绝缘栅双极型晶体管IGBT作为主开关器件，根据控制单元发出的控制信号控制输出电压的频率、相位和幅值，从而控制永磁空压机的转速和供气压力。
进一步地，所述整流单元的正极输出端与滤波储能单元之间电连接有缓冲单元。
进一步地，所述缓冲单元包括充电电阻和充电开关，所述充电电阻电连接在充电开关的两端。
进一步地，所述整流单元与电网的三个出线源之间分别电连接有断路器。
进一步地，所述整流单元包括由六个二极管组成的三相全桥整流电路，用于把电网输出的三相380V交流电整成530V的直流电。
进一步地，所述基于永磁空压机的冗余驱动系统还具有计时功能、多段压力设定功能、远程加密和机密功能、“PID”+“下限频率”的最优方式运行功能、智能化自适应PID控制功能、空压机的群控功能、定期保养与维护提醒功能、AVR功能、瞬时停电不停机功能以及一键复位功能。
相对于现有技术，本发明的有益效果在于：本发明一种基于永磁空压机的冗余驱动系统主要由整流单元、缓冲单元、滤波储能单元、第一逆变单元、第二逆变单元、RD1单元、RD2单元和控制单元等组成，该系统自带缺相、过流、过载、过压、欠压、过温、短路等各种保护功能，并且第一逆变单元与第二逆变单元，RD1单元与RD2单元互为冗余，确保了系统供气更安全可靠。
附图说明
图1为本发明的电路示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例，对本发明进行详细说明。
请参阅图1，本发明的一种基于永磁空压机的冗余驱动系统，包括整流单元、滤波储能单元、第一逆变单元、第二逆变单元和控制单元，整流单元的电源输入端电连接电网，整流单元与电网的三个出线源RST之间分别电连接有断路器QF1，整流单元的正负输出端通过滤波储能单元分别电连接第一逆变单元和第二逆变单元；
整流单元包括由六个二极管组成的三相全桥整流电路，用于把电网输出的三相380V交流电整成530V左右的直流电；
滤波储能单元包括电解电容，电解电容电连接在整流单元的正负级输出端之间，所述滤波储能单元主要用于滤掉直流纹波，稳定电解电容电压，储蓄直流电能；
整流单元的正极输出端与滤波储能单元之间电连接有缓冲单元，缓冲单元包括充电电阻和充电开关，充电电阻电连接在充电开关的两端，该缓冲单元用于在初始上电的一段时间内限制电解电容的充电电流，防止电流过大，损坏电解电容，其工作机制是上电一端时间内通过充电电阻给电解电容充电，当充电到一定程度时，使接触器吸合短路掉充电电阻，正常工作状态，由接触器给系统供电；
第一逆变单元、第二逆变单元的三相电流输出端分别通过第一接触器KM1、第二接触器KM2电连接永磁空压机M，所述第一逆变单元和第二逆变单元均采用六个绝缘栅双极型晶体管IGBT作为主开关器件，根据控制单元发出的控制信号控制输出电压的频率、相位和幅值，从而控制永磁空压机M的转速和供气压力，其中，所述第一逆变单元与第二逆变单元互锁且互为冗余，系统会优先启动第一逆变单元工作，当第一逆变单元出现故障时，自动切换到第二逆变单元运行，确保了空压机M供气的连续性；
控制单元的电流输入端与第一逆变单元和第二逆变单元的三相电流输出端电连接，还包括RD1单元和RD2单元，控制单元的信号输出端连接RD1单元和RD2单元，第一逆变单元、第二逆变单元与控制单元的信号控制端连接，具体地，所述控制单元包括六相电流检测模块、坐标变换模块、转子位置与速度估算模块、速度环PI调节器、电流控制模块、第一电流环PI调节器、第二电流环PI调节器以及逆变单元互锁切换控制模块，六相电流检测模块与第一逆变单元和第二逆变单元的三相电流输出端电连接，六相电流检测模块与坐标变换模块的信号输入端电连接，坐标变换模块电连接转子位置与速度估算模块，转子位置与速度估算模块的d轴电流输出端依次通过速度环PI调节器、电流控制模块、第一电流环PI调节器与坐标变换模块的输入端电连接，转子位置与速度估算模块的q轴电流输出端依次通过速度环PI调节器、电流控制模块、第二电流环PI调节器与坐标变换模块的输入端电连接，坐标变换模块与电流控制模块的d轴电流输出端和q轴电流输出端电连接，坐标变换模块的信号输出端电连接逆变单元互锁切换控制模块，逆变单元互锁切换控制模块的信号输出端分别与RD1单元、RD2单元、第一逆变单元和第二逆变单元电连接。该控制单元作为整个系统的大脑，根据检测到的六相(第一逆变单元的三相和第二逆变单元的三相)输出电流进行坐标变换，估算出转子位置和速度，分解出d轴和q轴电流，通过电流环和速度环PI调节器，输出PWM1控制信号和PWM2控制信号，直接控制输出电压的频率、相位和幅值，从而控制空压机M的转速和供气压力；
RD1单元，当控制单元自检完成时，系统会输出第一逆变单元的运行准备就绪RD1信号，同时通过第一逆变单元控制第一接触器吸合；
RD2单元，当第一逆变单元出现故障时，控制单元会输出第二逆变单元的运行准备就绪RD2信号，同时通过第二逆变单元控制第二接触器吸合，RD1信号与RD2信号互锁，从而实现了第一接触器与第二接触器的互锁控制。
本实施例中，该基于永磁空压机的冗余驱动系统还具有以下功能：
(1)记时功能：可将一周分为七天，可以自主设定工作日和休息日。在不需要任何人为的干预下，系统可以自动按照工作日运行，休息日停机的模式运转，系统将更加人性化和智能化。
(2)多段压力设定功能：不同的时间段可以设定不同的压力。例如：将一天分为24小时，0-8点位为非工作时间段，将系统压力设置为“0”，系统自动休眠停机。8-24点为工作时间段，系统设定压力为“需要的工作压力”，当工作时间到达，系统将自动启动，并运行到工作压力。多段压力设定功能使系统更加节能。
(3)远程加密和解密功能：为了防止某些不讲信誉的客户不付尾款，系统增加了远程加密和解密功能，通过智能手机设定系统运行时间和密码，当运行时间到达时，客户还未付清尾款，系统自动停机。当客户付清尾款时，通过智能手机可以远程解密，重新启动系统运行。
(4)“PID”+“下限频率”的最优方式运行。当系统压力低于设定压力时，自动增加运行频率，直至到达最大输出频率；当系统压力高于设定压力时，自动降低运行频率，直至到达下限频率；当运行频率达到下限频率时，系统以下限频率运行，确保系统油路顺滑正常。
(5)智能化自适应PID控制功能。传统的PLC控制器，PID参数根据系统的特定需要手动设定，设定参数强时容易引起震荡和超调；设定参数弱时则系统响应缓慢。智能化自适应PID控制，无需手动设定PI参数，系统运行时自动修正PI参数至系统运行的最佳状态，系统调试更简单、运行更稳定。
(6)空压机的群控功能。当一个工厂由多台空压机供气的，群控功能将使得多台空压机协调工作，实现最大化节能。
(7)定期保养与维护提醒功能。当系统运行时间到达保养时间，系统自动向管理者手机发送保养和维护提醒信息。
(8)AVR功能。当输入电压波动时，自动保持输出电压恒定，确保系统运行更稳定流畅。
(9)瞬时停电不停机功能。当电网瞬时闪变，瞬时断电，系统通过降低运行速度使电机发电，通过续流二极管给主回路充电，确保系统连续运行。
(10)一键复位功能。当系统参数错乱，进入管理者界面，可实现一键复位功能，系统调试更简单。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种基于永磁空压机的冗余驱动系统，其特征在于：包括整流单元、滤波储能单元、第一逆变单元、第二逆变单元和控制单元，所述整流单元的电源输入端电连接电网，所述整流元的正负输出端通过滤波储能单元分别电连接第一逆变单元和第二逆变单元，所述滤波储能单元包括电解电容，所述电解电容电连接在整流单元的正负级输出端之间，所述第一逆变单元、第二逆变单元的三相电流输出端分别通过第一接触器、第二接触器电连接永磁空压机，所述控制单元的电流输入端与所述第一逆变单元和第二逆变单元的三相电流输出端电连接，还包括RD1单元和RD2单元，所述控制单元的信号输出端连接RD1单元和RD2单元，所述第一逆变单元、第二逆变单元与控制单元的信号控制端连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于永磁空压机的冗余驱动系统，其特征在于：所述控制单元包括六相电流检测模块、坐标变换模块、转子位置与速度估算模块、速度环PI调节器、电流控制模块、第一电流环PI调节器、第二电流环PI调节器以及逆变单元互锁切换控制模块，所述六相电流检测模块与所述第一逆变单元和第二逆变单元的三相电流输出端电连接，所述六相电流检测模块与坐标变换模块的信号输入端电连接，所述坐标变换模块电连接转子位置与速度估算模块，所述转子位置与速度估算模块的d轴电流输出端依次通过速度环PI调节器、电流控制模块、第一电流环PI调节器与坐标变换模块的输入端电连接，所述转子位置与速度估算模块的q轴电流输出端依次通过速度环PI调节器、电流控制模块、第二电流环PI调节器与坐标变换模块的输入端电连接，所述坐标变换模块与电流控制模块的d轴电流输出端和q轴电流输出端电连接，所述坐标变换模块的信号输出端电连接逆变单元互锁切换控制模块，所述逆变单元互锁切换控制模块的信号输出端分别与RD1单元、RD2单元、第一逆变单元和第二逆变单元电连接。
3.根据权利要求2所述的一种基于永磁空压机的冗余驱动系统，其特征在于：所述控制单元自检完成时会输出第一逆变单元的运行准备就绪RD1信号，同时通过第一逆变单元控制第一接触器吸合；在所述第一逆变单元出现故障时，所述控制单元会输出第二逆变单元的运行准备就绪RD2信号，同时通过第二逆变单元控制第二接触器吸合。
4.根据权利要求3所述的一种基于永磁空压机的冗余驱动系统，其特征在于：所述第一逆变单元和第二逆变单元均采用六个绝缘栅双极型晶体管IGBT作为主开关器件，根据控制单元发出的控制信号控制输出电压的频率、相位和幅值，从而控制永磁空压机的转速和供气压力。
5.根据权利要求1所述的一种基于永磁空压机的冗余驱动系统，其特征在于：所述整流单元的正极输出端与滤波储能单元之间电连接有缓冲单元。
6.根据权利要求5所述的一种基于永磁空压机的冗余驱动系统，其特征在于：所述缓冲单元包括充电电阻和充电开关，所述充电电阻电连接在充电开关的两端。
7.根据权利要求1所述的一种基于永磁空压机的冗余驱动系统，其特征在于：所述整流单元与电网的三个出线源之间分别电连接有断路器。
8.根据权利要求7所述的一种基于永磁空压机的冗余驱动系统，其特征在于：所述整流单元包括由六个二极管组成的三相全桥整流电路，用于把电网输出的三相380V交流电整成530V的直流电。
9.根据权利要求1～8任一项所述的一种基于永磁空压机的冗余驱动系统，其特征在于：所述基于永磁空压机的冗余驱动系统还具有计时功能、多段压力设定功能、远程加密和机密功能、“PID”+“下限频率”的最优方式运行功能、智能化自适应PID控制功能、空压机的群控功能、定期保养与维护提醒功能、AVR功能、瞬时停电不停机功能以及一键复位功能。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20180612 |
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