一種變流器過壓、過流故障報警保護電路的製作方法
2023-09-16 07:10:35
專利名稱：一種變流器過壓、過流故障報警保護電路的製作方法
技術領域：
本發明屬於變流器技術領域，特別是提供了一種變流器過壓、過流故障報警保護電路。
背景技術：
隨著電力電子技術的發展，變流器的應用日益廣泛，如光伏逆變器等，變流器在運行中，由於電網原因、負載原因或者變流器自身的原因，導致電流、電壓遠遠超過額定運行範圍，在這種情況下，變流器自身要迅速做出反應，關閉變流器，以免造成變流器功率器件如IGBT、電容等的損壞，由於變流器的微控制器有死機的可能，並且微控制的反應較慢。為了應對這種突發的、快速的過電流、過電壓，設計了變流器過電壓、過流故障報警保護電路，出現過電流、過電壓的情況，電路可以迅速反應，關閉變流器並報警，有效保護變流器自身及外部設備。該電路利用硬體電路檢測直流電壓、直流電流、交流電壓、交流電流，當電壓、電流超出正常的工作電壓範圍後，內快速檢測，發出報警信號，並迅速關閉變流器。此變流器過壓、過流故障報警保護電路，不通過CPU控制，自動啟動保護機制，在CPU失效情況下也能啟動保護作用，並且反應速度快，對變流器自身和外部設備起到有效的保護作用。
發明內容
本發明的目的在於提供一種變流器過壓、過流故障報警保護電路，可快速的反應，保護變流器本身和外部設備不受損壞。本發明包括電壓基準源電路1、直流電壓故障報警電路2、直流電流故障報警電路3、三相交流電壓故障報警電路4、三相交流電流故障報警電路5、故障信號鎖存和處理電路6。其中電壓基準源電路I分別與直流電壓故障報警電路2、直流電流故障報警電路3、三相交流電壓故障報警電路4、三相交流電流故障報警電路5相連，為其提供基準電壓。直流電壓故障報警電路2、直流電流故障報警電路3、三相交流電壓故障報警電路4、三相交流電流故障報警電路5與故障信號鎖存和處理電路6相連。本發明所述的電壓基準源電路I由I個電壓基準源晶片和I個運算放大器組成。電壓基準源晶片提供精確的2. 5V電壓，2. 5V電壓經過I個運算放大器放大2倍，得到5V基準電壓。本發明所述的直流電壓故障報警電路2由I個運輸放大器、5個電阻和I個滑動變阻器組成。在直流電壓工作正常，電壓沒有超過設定值時，運輸放大器的輸出為高電平；當直流電壓信號高於設置電壓時，運輸放大器輸出為低電平。設置電壓由電位器調整，根據需要保護的電壓等級調整電位器，可調整設定電壓值。所述的直流電流故障報警電路3由直流電流信號處理電路7和直流電流設定電路8組成。直流電流信號處理電路7與直流電流設定電路8相連。其中直流電流信號處理電路7，由信號處理和比較電路構成，直流電流信號，經過運輸放大器，放大到合適的電壓範圍後，經過比較電路輸出。當直流電流在正常的電流範圍內時，比較器輸出高電平；當直流電流超過設定電流值時，輸出為低電平。直流電流設定電路8由2個電阻、2個電容和I個滑動變阻器組成。5V的基準電壓，經過2個電阻和一個電位器分壓，手動調節滑動變阻器可調整參考電壓值，即可調整直流電流的設定值。所述的三相交流電壓故障報警電路4由A相交流電壓處理電路9、B相交流電壓處理電路10、C相交流電壓處理電路11和交流電壓設定電路12組成。A相交流電壓處理電路9、B相交流電壓處理電路10、C相交流電壓處理電路11分別與交流電壓設定電路12相連。其中，A相交流電壓處理電路9、B相交流電壓處理電路10和C相交流電壓處理電路11電路結構相同。以A相交流電壓處理電路9為例，均由信號放大電路和信號比較電路組成，信號放大電流將交流電壓信號放大到-2V 2V範圍內。信號比較電路將交流電壓信號與交流電壓設定電路12設定的電壓值比較。當交流電壓在正常工作範圍時，比較器輸出高電平；當交流電壓超出正常工作範圍時，比較器輸出為低電平，產生報警信號。交流電壓設定電路12由2個電阻、2個電容和一個電位器組成。5V的基準電壓，經過2個電阻和I個滑動變阻器分壓。通過手動調節滑動變阻器調整參考電壓值，即可調整交流電壓的設定值。所述的三相交流電流故障報警電路5由A相交流電流處理電路13、B相交流電流處理電路14、C相交流電流處理電路15和交流電流設定電路16組成。A相交流電流處理電路13、B相交流電流處理電路14、C相交流電流處理電路15分別與交流電流設定電路16相連。其中，A相交流電流處理電路13、B相交流電流處理電路14和C相交流電流處理電路15電路結構相同。以A相交流電流處理電路13為例，由信號放大電路和信號比較電路組成，信號放大電流將交流電壓信號放大到-2V 2V範圍內。信號比較電路將交流電流信號與交流電流設定電路16設定的電壓值比較。當交流電流在正常工作範圍時，信號比較電路輸出高電平；當交流電流超出正常工作範圍時，信號比較電路輸出為低電平，產生報警信號；交流電流設定電路(16)由2個電阻、2個電容和一個電位器組成；5V的基準電壓，經過2個電阻和I個滑動變阻器分壓，手動調節滑動變阻器可調整參考電壓值，即可調整交流電流的設定值。所述的故障信號鎖存和處理電路6由有源時鐘晶片和一片可編程邏輯陣列CPLD組成，可編程邏輯陣列，通過編程實現任意的數字邏輯，上述的直流過壓保護電路2、直流過流保護電路3、交流過壓保護電路4、交流過流保護電路5中，當電壓、電流超出設定範圍時，輸出由高電平變為低電平；由於交流電壓、交流電流是周期性的信號，當電壓、電流超出量程時，為了能立刻把過壓、過流的狀態鎖存，這樣一旦捕捉到電壓、電流超出量程，就會保護起作用報警，直到故障解除，由系統復位後才能使故障復位。該電路利用硬體電路檢測直流電壓、直流電流、交流電壓、交流電流，當電壓、電流超出正常的工作電壓範圍後，內快速檢測，發出報警信號，並迅速關閉變流器。此變流器過壓、過流故障報警保護電路，不通過CPU控制，自動啟動保護機制，在CPU失效情況下也能啟動保護作用，並且反應速度快，對變流器自身和外部設備起到有效的保護作用。
圖1為本發明的電路結構。其中，電壓基準源電路1、直流電壓故障報警電路2、直流電流故障報警電路3、三相交流電壓故障報警電路4、三相交流電流故障報警電路5、故障信號鎖存和處理電路6。
圖2為本發明的電壓參考源和直流電壓、直流電流故障報警電路。其中，電壓基準源電路1、直流電壓故障報警電路2、直流電流故障報警電路3、直流電流信號處理電路7、直流電流設定電路8。圖3為本發明的三相交流電壓故障報警電路。其中，A相交流電壓處理電路9、B相交流電壓處理電路10、C相交流電壓處理電路11、交流電壓設定電路12。圖4為本發明的三相交流電流故障報警電路。其中，A相交流電流處理電路13、B相交流電流處理電路14、C相交流電流處理電路15、交流電流設定電路16。圖5為本發明的故障信號鎖存和處理電路。
具體實施例方式為了更為具體地描述本發明，下面結合附圖及實施例對本發明的技術方案及其相關原理進行詳細說明。下面對實施例的描述僅僅是為了通過示出本發明的示例來提供對本發明清楚的解釋。本發明不限於下面提出的任何具體配置，而是在不脫離本發明精神的前提下覆蓋了相關元件的任何修改、替換、改進。如圖1所示，本發明包括電壓基準源電路1、直流電壓故障報警電路2、直流電流故障報警電路3、三相交流電壓故障報警電路4、三相交流電流故障報警電路5、故障信號鎖存和處理電路6。其中電壓基準源電路I分別與直流電壓故障報警電路2、直流電流故障報警電路3、三相交流電壓故障報警電路4、三相交流電流故障報警電路5相連，為其提供基準電壓。直流電壓故障報警電路2、直流電流故障報警電路3、三相交流電壓故障報警電路4、三相交流電流故障報警電路5與故障信號鎖存和處理電路6相連。如圖2所述，所述的電壓基準源電路1，由基準源晶片和運算放大器構成。Ull與R49相連，R49、R52、R53與U13B相連。晶片Ull提供2. 5V基準電壓，運輸放大器U13B將
2.5V放大2倍得到5V基準電壓。R49、R52和R53為運算放大器的外圍電路。所述的直流電壓故障報警電路2，由放大器U12A，可調電位器RK3，電阻R41、R42、R47、R50構成滯環比較器，。直流電壓工作正常是，放大器輸出TS12為高電平；直流電壓超出設定值時，放大器輸出TS12為低電平，產生報警信號。調節電位器PK3，可調節設定電壓值。所述的直流電流故障報警電路3，由直流電流信號處理電路7和直流電流設定電路8組成。直流電流信號處理電路7和直流電流設定電路8相連。直流電流處理電路7，由放大器U13A，電阻R43、R44、R45、R48，電容C17構成放大電路，將直流電流IDC放大到-2疒2V，電容C17起濾波作用。R51和C18組成一階濾波器，對放大後信號濾波。放大器U5A、U5B組成比較器，R56起上拉作用，正常電流輸出高電平，電流超過限值，輸出低電平。直流電流設定電路8由電阻R54、R55，電容C19、C20和電位器RK4組成。5V的基準電壓，經過電阻R54、RK4、R55分壓，調整電位器RK4，可調整參考電壓值TS13、TS14，即可調整直流電流的設定值。如圖3所示，所述的三相交流電壓故障報警電路4，由A相交流電壓處理電路9、B相交流電壓處理電路10、C相交流電壓處理電路11和交流電壓設定電路12組成。A相交流電壓處理電路9、B相交流電壓處理電路10、C相交流電壓處理電路11分別與交流電壓設定電路12相連。其中，A相交流電壓處理電路9、B相交流電壓處理電路10和C相交流電壓處理電路11電路結構相同。以A相交流電壓處理電路9為例，放大器U10A，電阻R22、R25、R28、R33，電容Cll組成放大電路，將電壓信號放大到_2疒2V範圍。R36和C15組成一階濾波器，對放大後的信號進行濾波。放大器U2A、U2B和電阻R39組成比較電路，比較參考值UREH1、UREFL由交流電壓設定電路12提供。交流電壓在正常工作電壓範圍內時，比較器電路輸出為高電平；交流電壓超出正常工作電壓範圍，比較器輸出為低電平，輸出報警信號。交流電壓設定電路12，由電阻R30、R31，電容C9、C13，可調電位器RK2組成，調整RK2可調整UREH1、UREFL,從而調整交流電壓的設定值。如圖4所示，所述的三相交流電流故障報警電路5，由A相交流電流處理電路13、B相交流電流處理電路14、C相交流電流處理電路15和交流電流設定電路16組成。A相交流電流處理電路13、B相交流電流處理電路14、C相交流電流處理電路15分別與交流電流設定電路16相連。其中，A相交流電流處理電路13、B相交流電流處理電路14和C相交流電流處理電路15電路結構相同。以A相交流電流處理電路13為例，放大器U8A，電阻R1、R4、R7、R12，電容C2組成放大電路，將電壓信號放大到_2疒2V範圍。R15和C6組成一階濾波器，對放大後的信號進行濾波。放大器U1A、UlB和電阻R18組成比較電路，比較參考值·IREFH.1REFL由交流電流設定電路16提供。交流電流在正常工作電流範圍內時，比較器電路輸出為高電平；交流電流超出正常工作電流範圍，比較器輸出為低電平，輸出報警信號。交流電流設定電路16，由電阻R10、R11，電容C1、C5，可調電位器RKl組成，調整RKl可調整IREFH, IREFL，從而調整交流電流的設定值。如圖5所示，所述的故障信號鎖存和處理電路6，由有源時鐘晶片Y2和一片可編程邏輯陣列U14組成，可編程邏輯陣列，通過編程實現任意的數字邏輯。系統復位信號#SYS_RST、UDC_0V、IDC_0V、UA_0V、UB_0V、UC_0V、IA_0V、IB_0V 和 IC_0V 為可編程陣列的輸入信號，CL0SE_C0NVERT0R 為可編程邏輯的輸出信號，UDC_0V、IDC_0V、UA_0V、UB_0V、UC_0V、IA_0V、IB_0V和IC_0V中的任何一個信號輸出為低電平，CL0SE_C0NVERT0R發出信號關閉變流器，並且只有系統復位信號#SYS_RST，給出復位電平後，CL0SE_C0NVERT0R才會復位，確保故障排除。
權利要求
1.一種變流器過壓、過流故障報警保護電路，其特徵在於，包括電壓基準源電路(I)、直流電壓故障報警電路(2)、直流電流故障報警電路(3)、三相交流電壓故障報警電路(4)、三相交流電流故障報警電路(5)、故障信號鎖存和處理電路￠);電壓基準源電路(I)分別與直流電壓故障報警電路(2)、直流電流故障報警電路(3)、三相交流電壓故障報警電路(4)、三相交流電流故障報警電路(5)相連；直流電壓故障報警電路(2)、直流電流故障報警電路(3)、三相交流電壓故障報警電路(4)、三相交流電流故障報警電路(5)與故障信號鎖存和處理電路(6)相連。
2.根據權利要求1所述的電路，其特徵在於，所述的電壓基準源電路(I)由I個電壓基準源晶片和I個運算放大器組成；電壓基準源晶片提供2. 5V電壓，2. 5V電壓經過I個運算放大器放大2倍，得到5V基準電壓。
3.根據權利要求1所述的電路，其特徵在於，所述的直流電壓故障報警電路2由I個運輸放大器、5個電阻和I個滑動變阻器組成；在直流電壓工作正常，電壓沒有超過設定值時，運輸放大器的輸出為高電平；當直流電壓信號高於設置電壓時，運輸放大器輸出為低電平。
4.根據權利要求1所述的電路，其特徵在於，所述的直流電流故障報警電路(3)由直流電流信號處理電路(7)和直流電流設定電路(8)組成；直流電流信號處理電路(7)與直流電流設定電路(8)相連；其中直流電流信號處理電路(7)由信號處理和比較電路構成，直流電流信號經過運輸放大器放大到合適的電壓範圍後，經過比較電路輸出；當直流電流在正常的電流範圍內時，比較電路輸出高電平；當直流電流超過設定電流值時，輸出為低電平；直流電流設定電路(8)由2個電阻、2個電容和I個滑動變阻器組成；5V的基準電壓，經過2個電阻和一個電位器分壓，手動調節滑動變阻器調整參考電壓值，即調整直流電流的設定值。
5.根據權利要求1所述的電路，其特徵在於，所述的三相交流電壓故障報警電路(4)由A相交流電壓處理電路(9 )、B相交流電壓處理電路(10 )、C相交流電壓處理電路(11)和交流電壓設定電路(12)組成；A相交流電壓處理電路(9)、B相交流電壓處理電路(10)、C相交流電壓處理電路(11)分別與交流電壓設定電路(12)相連；其中，A相交流電壓處理電路(9)、B相交流電壓處理電路(10)和C相交流電壓處理電路(11)電路結構相同；均由信號放大電路和信號比較電路組成，信號放大電流將交流電壓信號放大到-2V 2V範圍內；信號比較電路將交流電壓信號與交流電壓設定電路(12)設定的電壓值比較；當交流電壓在正常工作範圍時，比較器輸出高電平；當交流電壓超出正常工作範圍時，比較器輸出為低電平，產生報警信號；交流電壓設定電路(12)由2個電阻、2個電容和一個電位器組成;5V的基準電壓經過2個電阻和I個滑動變阻器分；通過手動調節滑動變阻器調整參考電壓值，即調整交流電壓的設定值。
6.根據權利要求1所述的電路，其特徵在於，所述的三相交流電流故障報警電路(5)由A相交流電流處理電路(13 )、B相交流電流處理電路(14 )、C相交流電流處理電路(15 )和交流電流設定電路(16 )組成；A相交流電流處理電路(13 )、B相交流電流處理電路(14)、C相交流電流處理電路(15)分別與交流電流設定電路(16)相連；其中，A相交流電流處理電路(13)、B相交流電流處理電路(14)和C相交流電流處理電路(15)電路結構相同；均由信號放大電路和信號比較電路組成，信號放大電流將交流電壓信號放大到-2V 2V範圍內；信號比較電路將交流電流信號與交流電流設定電路(16)設定的電壓值比較；當交流電流在正常工作範圍時，信號比較電路輸出高電平；當交流電流超出正常工作範圍時，信號比較電路輸出為低電平，產生報警信號；交流電流設定電路(16)由2個電阻、2個電容和一個電位器組成；5V的基準電壓，經過2個電阻和I個滑動變阻器分壓，調節滑動變阻器可調整參考電壓值，即可調整交流電流的設定值。
7.根據權利要求1所述的電路，其特徵在於，所述的故障信號鎖存和處理電路(6)由有源時鐘晶片和一片可編程邏輯陣列CPLD組成，可編程邏輯陣列通過編程實現任意的數字邏輯，上述的直流過壓保護電路2、直流過流保護電路3、交流過壓保護電路4、交流過流保護電路5中，當電壓、電流超出設定範圍時，輸出由高電平變為低電平；當電壓、電流超出量程時，能立刻把過壓、過流的狀態鎖存，這樣一旦捕捉到電壓、電流超出量程，就會保護起作用報警，直到故障解除，由系統復位後才能使故障復位。
全文摘要
一種變流器過壓、過流故障報警保護電路，屬於變流器技術領域。包括電壓基準源電路 、直流電壓故障報警電路、直流電流故障報警電路、三相交流電壓故障報警電路、三相交流電流故障報警電路、故障信號鎖存和處理電路。電壓基準源電路分別與直流電壓故障報警電路、直流電流故障報警電路、三相交流電壓故障報警電路、三相交流電流故障報警電路相連，為其提供基準電壓。直流電壓故障報警電路、直流電流故障報警電路、三相交流電壓故障報警電路、三相交流電流故障報警電路與故障信號鎖存和處理電路相連。該電路不通過CPU控制，自動啟動保護機制，在CPU失效情況下也能啟動保護作用，並且反應速度快，對變流器自身和外部設備起到有效的保護作用。
文檔編號G01R19/165GK103001189SQ201210436600
公開日2013年3月27日 申請日期2012年11月5日 優先權日2012年11月5日
發明者石志學, 郭豔鵬, 王金峰, 金傳付, 吉文杰, 陳可, 於立業, 張雲貴 申請人:冶金自動化研究設計院