直流支撑系统DC-BANK

1 概述

电动机不间断电源系统(Motor UninterruptiblePower System，简称MUPS)是上海隽睿自动化技术有限公司研制的区别于市场上的UPS、EPS 的供电系统。MUPS 的一套直流支撑系统DC-BANK可支持多台乃至上百台变频器(VVVF)在电网晃电、停电时不间断工作，因而也保证多台乃至上百台电动机在晃电、停电时，不间断工作。因此MUPS是针对电动机群设计的理想电源系统，该系统适用于连续生产的化工、钢铁、化纤、集成电路芯片、玻璃、造纸等行业，同时可作为消防应急电源使用，在工厂、大楼的消防系统中也有独到的用处。

2 MUPS 的性能特点

1)结构简单可靠，系统未用常规UPS向VVVF提供交流电源，而MUPS向VVVF提供直流电源，从而减少了AC/DC、DC/AC 两次变换。常规UPS整流充电器既要对蓄电池充电，还须向逆变器提供额定直流功率，而MUPS 充电器只对电池充电，其功率仅为常规UPS的10%左右，成本低，可靠性高。

2)MUPS 系统里包含接入系统中的所有电动机的启动控制和保护元件，采用IGBT逆变功率器件和微处理器控制。

3)电动机享有VVVF 的软启动、调速等功能，并具备短路、接地故障和过载等保护特性。

4)MUPS 系统里充电器仅对蓄电池充电，具有稳压、限流及浮充温度补偿功能。

5)MUPS 系统里的PLC 对每台电动机的启动、停止和蓄电池定期向假负载放电等状况实施监控、保护。

6)MUPS 系统里的各回路完全独立，当检修某回路VVVF及其控制保护电路时，不影响其他回路工作。

7)MUPS 系统里设置的静态开关具有环流隔离功能。

8)MUPS 系统里静态开关采用在线跟踪和电压自动监控，保证主电源失电时，系统瞬时切换到电池供电，变频器的输出没有任何中断。主电源恢复正常时，静态开关自动阻断蓄电池与被保护电机驱动器的连接，蓄电池自动充电在维持状态。

3 MUPS系统技术数据

MUPS 系统技术数据如表1 所列。

4 MUPS系统组成及原理图

MUPS 系统由变频器VVVF +直流支撑系统DC-BANK组成。直流电源支撑装置DC-BANK主要由蓄电池BAT、整流充电器CD1、静态开关SW1、快速熔断器QD1、直流接触器MF1、电动机M、执行单元控制器等组成。变频器VVVF由AC/DC整流器、DC/AC 逆变器等组成。整套MUPS 系统设备包括VVVF、DC原BANK在内，如果用户已装有变频器VVVF，则可提供DC原BANK直流支撑系统。

MUPS 原理图如图1 所示。

 

 

5 DC-BANK 系统的工作模式

直流支撑系统DC-BANK有三种工作模式。

1)正常工作模式由厂用电通过具有双变换及软起动功能的VVVF驱动电动机，充电器对电池浮充电。

2)断电工作模式静态开关SW1 开通，蓄电池直流电通过VVVF驱动电动机;厂用电恢复，系统自动恢复正常工作。转换过程不断电。

3)检修工作模式每个回路相对独立，n台PLC分路独立管理n台VVVF，并对直流系统进行监控。

在工作现场通常都是电机群，只需设计一套系统就可以解决问题。例如3 台电机的工作模式如图2 所示。

 

 

6 DC-BANK 工作原理及控制逻辑

6.1 DC-BANK 系统工作原理

当电网供电正常时，静态开关SW1处于关断状态，切断电池组BAT 与变频器的通路，直流支撑系统装置通过整流设备对蓄电池组进行浮充电，装置储能;当交流电源低于变频器低压保护值时(即交流368 V，直流516 V)时，监控系统触发静态开关SW1瞬间导通，可以做到变频器由交流供电和由电池组供电的瞬时转换。

 

 

6.2 DC-BANK系统控制逻辑说明

DC-BANK与变频器控制逻辑如图3所示。

6.2.1 变频器启动、停止控制逻辑

根据变频器的原理，变频器在交流供电或直流供电正常情况下在接受到启动接点指令后，即可投入运行。变频器正常运行后有一反映变频器运行状态的接点信号闭合。变频器运行调速指令由DCS 或PLC 送来的4耀20 mA 模拟信号实现。

 

 

6.2.2 直流支撑系统与变频器的逻辑配合

1)控制PLC 输入逻辑条件变频器运行状态接点信号，母线电压监测信号，有时要求加变频器保护动作信号。

2)控制PLC 输出逻辑条件变频器运行正常且未给出保护动作信号时，直流接触器合上，直流支撑系统处于热备用状态，否则直流接触器断开，直流支撑系统处于冷备用。变频器运行正常时，母线电压约AC 350 V(可调节)且未给出保护动作信号时，PLC 向静态开关送出DC 24 V的控制电压，静态开关导通;母线电压恢复且未给出保护动作信号时，PLC撤出静态开关闭锁指令。

3)母线电压正常条件下直流支撑系统投入过程变频器电源端送入正常电压，变频器受电，内部CPU 准备运行;控制设备，DCS或PLC或控制继电器送来启动运行指令。电机按模拟控制4耀20 mA电流决定变频器拖动电机的运行转速;等到系统正常运行后变频器状态接点闭合。直流支撑系统控制PLC 接收到变频器运行状态指令后，向直流接触器MF发出合闸指令，如果该回路的空气开关QF合闸，这时该回路在热备份状态。

4)变频器电源失电PLC 及静态开关都测到变频器失电信息，PLC 测到了母线电压约AC 350 V发出静态开关合闸指令，静态开关测到变频器直流母线电压约AC 460 V而快速导通。变频器电源迅速由厂用电交流母线供电转入直流支撑系统蓄电池组供电。变频器保持连续不间断运行。

5)变频器电源供电恢复时其直流环节的电压应立刻上升母线电压恢复使得PLC 重新得到电压正常信号而撤出静态开关闭锁指令。当变频器直流母线电压大于直流支撑系统母线电压，并且PLC 撤出闭锁指令后静态开关立即关闭。电机在这一过程中仍然保持不间断运行。充电器对放过电的电池组充电。

6)母线电压连续在85豫上下波动母线电压一旦约AC 350 V(>85豫)，直流支撑系统即自动投入，由蓄电池直接向变频器的直流母线供电。母线恢复正常值后PLC 延时2 s 撤出静态开关闭锁信号。在蓄电池供电数秒钟后PLC 自行切断直流接触器，具体延时时间可在调试时确定。

7 DC-BANK 系统主要设备选择

1)蓄电池蓄电池采用免维护阀控式全密封铅酸电池，使用寿命为7耀12年。

2)整流器整流器的功率逆变管采用进口快速IGBT，其余元器件采用进口工业等级元器件，生产工艺严格完整，保证机器的可靠性和稳定性。

输出电压和电流均可连续调节。具有强大的保护功能(输入过流、过压、欠压保护;输出短路，过流，过压保护;整机过热保护)。

3)静态开关静态开关采用大功率器件组成直流电子开关。当电网供电正常时，开关处于关断状态，切断电池组与变频器的通路，防止电池组在浮充电或均充电时，因端电压高于交流进线经整流后输出的直流电压引起频繁放电;当交流电源低于变频器低压保护值时(通常依据变频器的品牌而定)，监控系统触发直流电子开关瞬间导通，可以做到变频器由交流供电和由电池组供电的瞬时转换。

4)智能控制、监控系统根据需要用一台或多台西门子S7-200 可编程控制器和HMI(触摸屏)组成带有人机操作界面的监控系统。

监控系统由系统控制器、切换控制器、电池检测器及分路检测器等主要部件组成，各部件均由单片机控制，监控系统是通过RS485进行数字化连接以完成系统的通信与控制。

5)安全保护此系统是安装在配电柜内的。

配电柜符合IP20要求，由能承受一定机械应力、电气应力及热应力的材料构成。