LSPS安全电源系统

樊明元，王玉珠

● （沈阳隆基电磁科技股份有限公司，辽宁抚顺 113122）

LSPS安全电源系统

樊明元，王玉珠

● （沈阳隆基电磁科技股份有限公司，辽宁抚顺 113122）

随着钢厂和船厂的电磁铁用量日益增多，电磁铁的使用安全问题逐渐步入人们的视线之中，LSPS采用IGBT进行逆变然后利用变频器的变频原理将输出的三相380VAC供给行车电机、主钩制动电机以满足现场要求。

LSPS；IGBT；逆变；变频器

0 引言

原有的电磁铁的安全保障系统只能在停电时控制抱闸电机，使电磁铁和物料在原地放下，而不能驱动行走电机使电磁铁和物料在规定的位置放下，从而埋下了安全隐患。LSPS的设计初衷正是解决这一问题的，LSPS保证了在断电后，行车电机和主钩制动电机都可以供电运行，使得物料和电磁铁可以在指定位置下放，满足现场需要。

1 LSPS的工作原理

将180VDC～300VDC的直流电（蓄电池提供）通过升压装置（采用IGBT元器件）—逆变为三相380VAC交流电，为了防止电机启动时电流太大，而使逆变器保护停止工作，将380VAC交流电又输送到变频器的输入端，然后利用变频器原理将输出的380VAC提供给电机，采用变频器的变频原理分别给小车电机、主钩制动电机控制满足现场的要求。

2 IGBT简介

IGBT（绝缘栅双极型晶体管）是 80年代初为解决MOSFET的高导通压降、难以制成兼有高电压和大电流特性和GTR的工作频率低、驱动电路功率大等不足而出现的双机理复合器件（Double Mechanism Device）[1]。由于它集合了MOSFET和GTR的优点，既具有输入阻抗高、速度快、热稳定性好，且驱动电路简单、驱动电流小等特点，又具有通态压降小、耐压高及承受电流大等优点，正因为相对于其他的电器件有这样的优势，IGBT产生后短时间内既取得了很大的发展，目前其容量已经超过了GTR，在电机控制、中频和开关电源，以及要求快速、低损耗的领域，IGBT有取代MOSFET和GTR的优势[2]。

3 LSPS的设计

传统的逆变器采用将直流电源直接连接逆变装置后整波输出的方式，这种传统的方法简单，适合那些低功率的场合使用。然而，随着使用现场对功率要求的逐步增大，这种传统的逆变器已经不能满足现场的需要了。功率的增大是问题的关键，LSPS就是针对传统的逆变器功率不足的问题而设计的，如图1 LSPS设计原理。首先直流“电源”先与逆变装置连接，直流电将经过“IPM”逆变，转换为高频高压的交流电，此时的交流电已完成升压。再将此交流电经过快速二极管， “整流”成为直流电，最后将直流电输出到变频器的直流侧以驱动变频器工作，最后由变频器内部完成输出前最后一次“逆变”，就可以获得需要的功率和输出电压了。再者，传统型的逆变器，经过逆变后直接将380V的交流电提供给电机，容易发生启动电流过大，导致逆变器保护停止工作。LSPS则将升压后的交流电经快速整流模块送到变频器的输入端，然后利用变频器原理将输出的三相380V交流电提供给电机，避免了因启动电流过大致使IGBT模块自保护的问题。

图1 LSPS设计原理图

不仅如此，传统的六脉波方波逆变器必须在逆变器变频的同时，改变输入直流电压大小，这一过程称为脉冲幅度调制控制即PAM控制。由于六脉冲方波方式的固有缺陷，目前中小型变频器已很少采用。而脉宽调制控制即PWM和PAM相比，PWM减少了一个可控环节，逆变器的开关管则采用全控型器件，并按一定规律控制其导通或关断，使输出端获得一系列宽度不等的矩形电压脉冲列。PWM逆变器可以通过改变脉冲的宽度进行调压，通过改变调制周期进行变频[3]。

PWM逆变器的优点：

1）主电路只有一个功率级可控环节，简化了主电路的结构，降低了逆变器的成本；

2）可获得比常规六脉波更为接近正弦波的输出电压波形，谐波含量减少，因而转矩脉动小，大大扩展了电动机调速范围；

3）采用不可控整流，使电网功率因数接近于1；

4）逆变器同时进行调压、变频，系统的动态响应不受中间滤波环节的影响；

5）由于主开关器件的开关频率足够高，可以实现快速电流控制[4]。

LSPS的设计优点：

1）采用SPWM控制，正弦波输出；

2）输出采用隔离变压器，输出电压稳定、安全；

3）具有完善的保护功能（输出欠压保护、输出过载保护、输出短路保护、过热保护）；

4）启动电流平稳；

5）冗余设计，功率器件全部选用3倍额定电流；

6）应用免维护蓄电池，寿命长，无电网干扰。

4 结束语

本文对LSPS系列安全电源系统的设计原理、优点及大功率 IGBT的相关知识进行了简要分析和描述，LSPS系列安全电源系统以其自身领先的技术优势，结合广阔的市场前景必定能在不久的将来得到更为广泛的应用。

[1]冯垛生. 变频器实用指南[M]. 北京: 人民邮电出版社, 2006.

[2]刘凤君. 现代高频开关电源技术及应用[M]. 北京:电子工业出版社, 2008.

[3]（美）普利斯曼, 著. 开关电源设计[M]. 第3版. 王志强等译. 北京: 电子工业出版社, 2010.

[4]王兆安. 电力电子技术[M]. 第5版. 北京: 机械工业出版社, 2009.

GE涡轮机械获4艘FPSO订单

1月15日巴西里约热内卢消息：GE Oil & Gas （GE）已接获一份价值超过5亿美元的合同，为巴西国油（Petrobras）供应涡轮机械设备和服务，用于4艘新造FPSO：P-74、P-75、P-76和P-77。

据悉，GE Oil & Gas提供的主要涡轮机械设备，将为这批FPSO提供主要能源。采用燃气轮机和先进的发电机组，使用压缩机使气体通过管道，再注入二氧化碳和天然气回至井口，提高石油的回收能力。

LONGI Security Power System

FAN Ming-yuan, WANG Yu-zhu
(LONGI Magnet Co., Ltd, Liaoning Funshun 113122, China)

With the Increasing use of electro-magnet in steel factories and the shipyards, the safety use of electro-magnet marches into people's sight, LSPS uses IGBT to carry on the inversion, and then take advantage of frequency changer's frequency conversion principle to supply three-phase 380VAC to electrical machinery and the host hook brake electrical machinery. As a result, it will satisfy the spot request.

LSPS; IGBT; inversion; converter

TM464

A

樊明元（1972-），男，大学本科，主要研究方向：电气控制。