一種實時監測工作溫度的逆變電源的製作方法

2023-04-25 09:47:01

專利名稱：一種實時監測工作溫度的逆變電源的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種逆變電源，尤其涉及一種能實時監測工作溫度的逆變電源。
背景技術：
隨著智能變電站技術的應用和發展，繼電保護裝置上最重要的硬體組成將是電源。目前電力系統的裝置使用的逆變電源由於工作於高壓，高溫，高功率環境下，其壽命、故障率都是裝置中相對薄弱的環節，並且不支持狀態監測功能。由於缺乏有效的狀態監測，評估壽命時缺乏數據，導致設備的狀態檢修實現起來困難重重。因此，電源狀態監測、壽命評估成為電力繼電保護系統亟待解決的問題。逆變電源是利用晶閘管電路把直流電轉變成交流電一種工作電源，廣泛運用於各類，通訊、工業設備、衛星通信設備、軍用車載、醫療救護車、警車、船舶、太陽能及風能發電領域。電源是一種電能轉換設備，在轉換過程中本身需要消耗掉一些電能，而這些電能則被轉化為熱量釋出，熱量導致其工作溫度的變化。同時，電源上的功率電子組件是由多種半導體材料組成的。由於電源功率元件工作時的損耗是由其自身發熱來散失，所以膨脹係數不同的多種材料相互聯繫的熱循環會引起非常顯著的應力，甚至有可能導致瞬間斷裂，使元件失效。若功率元件長期工作在異常的溫度條件下，會引發將導致斷裂的疲勞。另外，快速的冷熱變化會暫時的產生半導體溫度差，從而會產生熱應力與熱衝擊， 使元件承受熱一機械應力，當溫差過大時，導致元件的不同材料部分產生應力裂紋。使元件過早失效。這也就要求功率元件應工作在相對穩定的工作溫度範圍內，減少溫度的急劇變化，以消除熱應力衝擊的影響，保證元件長期可靠的工作。總之，逆變電源工作的穩定性與老化速度是和工作溫度息息相關的。溫度升高 10°C時，主要功率元件的壽命減少50%。因此監測電源的工作溫度，是評估電源壽命的關鍵參數。對於逆變電源的工作溫度進行監測，能夠評估其剩餘壽命，可以為設備狀態檢修提供參考數據，符合智能變電站的發展趨勢。

實用新型內容本實用新型的目的是提供一種實時監測工作溫度的逆變電源，可實時監測電源的工作溫度，進而評估其剩餘壽命。為實現上述目的，本實用新型採用如下技術方案一種實時監測工作溫度的逆變電源，包括逆變電源模塊本體，所述逆變電源模塊本體上設有溫度檢測裝置，所述溫度傳感裝置的信號輸出端依次通過採樣保持電路和A/D轉換電路與一 CPU控制器的信號輸入端連接。所述溫度檢測裝置為PN結溫度傳感器。所述PN結溫度傳感器為一個限流電阻與一個測溫二極體串接的電路，從二極體兩端取出正向電壓給採樣保持電路的輸入端。所述PN結溫度傳感器為一個限流電阻與一個測溫三極體串接的電路，三極體的集電極與基極短接，所述基極與採樣保持電路的信號輸入端連接。本實用新型在逆變電源模塊上增加溫度傳感器和採樣保持電路，對逆變電源的工作溫度、輸出電壓穩定度、負載情況等進行監測，使逆變電源關鍵部位的工作溫度能夠被繼電保護裝置CPU採集、處理，數據可遠程至狀態監測中心，能早期發現異常的工作狀態，對剩餘壽命進行估測。從而不用進行現場的人工測試，就可以判斷裝置是否需要維修或更換部件，從而節省大量的人工成本和時間。採用二極體或三極體作為溫度監測器件，穩定、可靠性高，取材方便，性價比高。
圖1是本實用新型一種實施例的結構示意圖；圖2是本實用新型第二種實施例的結構示意圖。
具體實施方式
下面結合具體的實施例對本實用新型作進一步介紹。本實施例是在現有逆變電源模塊的基礎上增加測溫和採集迴路，即在主電解電容和功率元件附近設置溫度傳感裝置，對電源插件工作溫度進行檢測，通過建立插件熱分布模型，對插件內的關鍵器件的溫度進行估計。測溫有很多種方式，有熱電偶、電阻溫度傳感器、PN結溫度傳感器等，本實施例採用PN結測溫。PN結溫度傳感器是利用晶體二極體或晶體三極體PN結的結電壓隨溫度變化的原理工作的。PN結溫度傳感器具有較好的線性度，尺寸小，響應快、靈敏度高測溫範圍為-500C 150°C。如圖1所示為本實用新型的結構原理圖，由圖可知，該逆變電源包括帶有逆變電源模塊本體，在逆變電源模塊本體的主電解電容附近設置溫度傳感器，溫度傳感器的信號輸出端依次通過採樣保持電路和A/D轉換電路與一 CPU控制器的信號輸入端連接。因二極體的PN結具有負溫度特性(PN結的結電壓隨溫度成近似線性變化)，溫度每升高1°C，PN的正向壓降就降低3mV左右，而對於用LM358以及LM3M或者LM339的運放，只要變化2mV就足夠使輸出翻轉。如圖2所示，逆變電源模塊本體上具有主電解電容， 具體使用時只要用一個電阻和二極體串接，電阻起到限流的作用，讓二極體的正向電流在 0. 5至3mA之間就可以了，從二極體兩端取出正向電壓給採樣保持電路比較器的輸入端，這樣即可實現電源模塊工作溫度的測量。同理，三極體也有同樣的功效。如圖1所示，在逆變電源模塊本體上的功率元件附件加裝測溫三極體，如需多點監測在需要監測的位置分別加裝測溫三極體即可。用三極體做溫度檢測探頭，可以將集電極與基極短接，用發射結做溫度檢測，在恆定集電極電流的條件下，基極-發射極之間的電壓Ube與溫度T呈單值線性關係。在集電極電流恆定的情況下，電壓Ube隨溫度T的升高而降低，故呈現負溫度係數。這種傳感器測溫範圍為-50°C至 150°C，有較好的線性度，尺寸小，響應快、靈敏度高、熱時間常數小的特點，用途較廣。同時， 利用三極體PN結結電壓做為溫度監測器件，穩定、可靠性高，取材方便，性價比高。每個三極體PN結的基極-發射極之間的電壓輸出引入對應的採樣保持迴路，A/D採集後將結果送給CPU處理，測量電壓經過換算，得出工作溫度，即可實現電源模塊工作溫度的實時監測。 本實施例溫度轉換公式T=-66. 042* (Us-Usagnd)+293. 6其中:Us= (Ud-32768) *0· 0003052。Usagnd = (Ud-32768) *0· 0003052。化為通道採樣電壓，單位為伏。Ud為對應通道的ADC轉換結果。圖1 圖2中的5V、+15V、_15V、24V是電源模塊輸出的二次電壓，採樣迴路可以採集這些二次電壓值送至CPU，對電源模塊輸出進行實時監測。本實用新型在逆變電源模塊上增加溫度傳感器和採樣保持電路，使逆變電源關鍵部位的工作溫度能夠被繼電保護裝置CPU採集、處理，數據可遠程至狀態監測中心，為設備逆變電源的壽命評估提供數據，從而實現設備的狀態檢修。這種逆變電源可廣泛用於電力系統智能電子設備，其電子設備的電源模塊工作溫度支持實時監測，為設備狀態檢修、壽命評估提供關鍵參數，大大提高電力系統繼電保護的工作可靠性。
權利要求1.一種實時監測工作溫度的逆變電源，包括逆變電源模塊本體，其特徵在於所述逆變電源模塊本體上設有溫度檢測裝置，所述溫度傳感裝置的信號輸出端依次通過採樣保持電路和A/D轉換電路與一 CPU控制器的信號輸入端連接。
2.根據權利要求1所述的實時監測工作溫度的逆變電源，其特徵在於所述溫度檢測裝置為PN結溫度傳感器。
3.根據權利要求2所述的實時監測工作溫度的逆變電源，其特徵在於所述PN結溫度傳感器為一個限流電阻與一個測溫二極體串接的電路，從二極體兩端取出正向電壓給採樣保持電路的輸入端。
4.根據權利要求2所述的實時監測工作溫度的逆變電源，其特徵在於所述PN結溫度傳感器為一個限流電阻與一個測溫三極體串接的電路，三極體的集電極與基極短接，所述基極與採樣保持電路的信號輸入端連接。
專利摘要本實用新型涉及一種實時監測工作溫度的逆變電源，包括逆變電源模塊本體，所述逆變電源模塊本體上設有溫度檢測裝置，所述溫度傳感裝置的信號輸出端依次通過採樣保持電路和A/D轉換電路與一CPU控制器的信號輸入端連接。本實用新型在逆變電源模塊上增加溫度傳感器和採樣保持電路，對逆變電源的工作溫度、輸出電壓穩定度、負載情況等進行監測，使逆變電源關鍵部位的工作溫度能夠被繼電保護裝置CPU採集、處理，數據可遠程至狀態監測中心，能早期發現異常的工作狀態，對剩餘壽命進行估測，從而不用進行現場的人工測試，就可以判斷裝置是否需要維修或更換部件，從而節省大量的人工成本和時間。
文檔編號H02J13/00GK202004443SQ20112009780
公開日2011年10月5日 申請日期2011年4月6日 優先權日2010年12月28日
發明者包偉, 孫瑩瑩, 張巖, 張雪松, 李曉朋, 楊濤, 顧峰, 黃曉明 申請人:浙江省電力試驗研究院, 許昌許繼軟體技術有限公司, 許繼電氣股份有限公司