變頻器的過電流保護(hù)裝置及保護(hù)方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種變頻器的過電流保護(hù)裝置，電流互感器1的二個(gè)一次繞組分別串聯(lián)在功率單元的A相、C相輸入回路中，二次繞組1a、1b分別連接到電流采集處理板2。電流采集處理板2中的采樣電路2a通過電流互感器1（1a、1c）對(duì)功率單元的A相、C相輸入電流進(jìn)行采樣，信號(hào)處理電路2b根據(jù)采樣得到的采樣值在變頻器的不同工作狀態(tài)，使用不同的比較通道與比較值進(jìn)行比較，判斷功率單元是否過流。過流時(shí)的過流信號(hào)通過端口2c輸入到變頻器控制器3，變頻器控制器3根據(jù)過流信號(hào)，控制設(shè)置在移相變壓器YB輸入回路中的高壓斷路器4斷開，停止對(duì)功率單元的供電。
【專利說(shuō)明】變頻器的過電流保護(hù)裝置及保護(hù)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及變頻器的過電流保護(hù)裝置及保護(hù)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]變頻器在使用中，由于一些故障會(huì)引起功率單元的過電流，為了保護(hù)功率單元，需要采取一定的過電流保護(hù)措施，通常是用熔斷器進(jìn)行保護(hù)。但用熔斷器保護(hù)存在一個(gè)弊端，由于功率單元在上電時(shí)沖擊電流很大(有啟動(dòng)電阻能達(dá)到5倍的額定電流；無(wú)啟動(dòng)電阻能達(dá)到10倍的額定電流)，為了避免上電時(shí)沖擊電流造成的誤動(dòng)作，熔斷器的選型(熔斷電流)往往需要偏大，而運(yùn)行過程中需要進(jìn)行保護(hù)的電流值往往只有2倍以內(nèi)的額定電流。所以就出現(xiàn)一個(gè)矛盾，熔斷器的熔斷電流選擇小了，在變頻器上電時(shí)容易被沖擊電流熔斷產(chǎn)生誤動(dòng)作；熔斷器的熔斷電流選擇大了，雖可以避免在變頻器上電時(shí)被沖擊電流熔斷，但在運(yùn)行時(shí)無(wú)法有效的對(duì)功率單元進(jìn)行保護(hù)，容易造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。
[0003]解決這一問題比較常用的方法是，在輸入電源側(cè)加一個(gè)啟動(dòng)電阻，在啟動(dòng)時(shí)啟動(dòng)電阻串聯(lián)到輸入側(cè)，當(dāng)母線電壓穩(wěn)定后，通過開關(guān)把啟動(dòng)電阻去掉，這種方法雖可以在一定程度上限制啟動(dòng)電流，避免熔斷器被沖擊電流被熔斷，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且要將啟動(dòng)電流限定在2倍額定電流以內(nèi)，需要的電阻阻值和功率都非常大，不能從根本上解決問題。而且熔斷器屬于一次性器件，其本身的價(jià)格又較貴，使用成本也較高。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種變頻器的過電流保護(hù)裝置及保護(hù)方法，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)性好，不僅能夠在功率單元上電時(shí)避免因沖擊電流造成的誤動(dòng)作，還能在過電流時(shí)有效地保護(hù)功率單元。
[0005]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0006]第一技術(shù)方案為一種變頻器的過電流保護(hù)裝置，其特征在于，
[0007]包括，
[0008]電流采樣模塊，由其對(duì)功率單元的輸入電流進(jìn)行采樣，
[0009]整流模塊，由其將采樣電流或采樣電壓整流成直流的檢測(cè)值，
[0010]第一比較模塊，由其將所述檢測(cè)值與第一比較值進(jìn)行比較，在檢測(cè)值大于第一比較值時(shí)，輸出過電流信號(hào)，第一比較值根據(jù)功率單元上電時(shí)的啟動(dòng)電流設(shè)定，
[0011]第二比較模塊，由其將所述檢測(cè)值與第二比較值進(jìn)行比較，在檢測(cè)值大于第二比較值時(shí)，輸出過電流信號(hào)，第二比較值根據(jù)功率單元的最大工作電流設(shè)定，
[0012]比較通道選擇模塊，其根據(jù)變頻器的運(yùn)行信號(hào)，在有運(yùn)行信號(hào)輸入時(shí)選擇第二比較模塊進(jìn)行比較，沒有運(yùn)行信號(hào)時(shí)選擇第一比較模塊進(jìn)行比較，
[0013]斷路器控制器，其根據(jù)所選擇的第一或第二比較模塊輸出的過電流信號(hào)，控制變頻器或功率單元的斷路器，切斷對(duì)功率單元的供電。
[0014]第二技術(shù)方案是在第一技術(shù)方案的基礎(chǔ)上構(gòu)成，其特征在于，[0015]還包括電流互感器，電流互感器的一次繞組串接在功率單元的輸入回路中，所述電流采樣模塊通過二次繞組對(duì)功率單元的輸入電流進(jìn)行采樣。
[0016]第三技術(shù)方案是在第二技術(shù)方案的基礎(chǔ)上構(gòu)成，其特征在于，
[0017]所述電流互感器為兩相電流互感器，所述電流采樣模塊通過兩相電流互感器對(duì)功率單元的兩相輸入電流進(jìn)行采樣，根據(jù)采樣電流計(jì)算出第三相輸入電流的采樣電流。
[0018]第四技術(shù)方案是在第三技術(shù)方案的基礎(chǔ)上構(gòu)成，其特征在于，
[0019]所述電流互感器與所述電流采樣模塊之間設(shè)置有電壓跟隨器。
[0020]第五技術(shù)方案是在第四技術(shù)方案的基礎(chǔ)上構(gòu)成，其特征在于，
[0021 ] 所述第一比較模塊由運(yùn)算放大電路和比較器構(gòu)成，所述第二比較模塊由運(yùn)算放大電路和比較器構(gòu)成，所述第一比較模塊的比較器的設(shè)定比較值根據(jù)功率單元上電時(shí)的啟動(dòng)電流設(shè)定，所述第二比較模塊的比較器的設(shè)定比較值根據(jù)功率單元的最大工作電流設(shè)定。
[0022]第六技術(shù)方案是在第五技術(shù)方案的基礎(chǔ)上構(gòu)成，其特征在于，所述第一比較模塊和第二比較模塊通過光耦電路與所述比較通道選擇模塊連接。
[0023]第七技術(shù)方案是在第六技術(shù)方案的基礎(chǔ)上構(gòu)成，其特征在于，
[0024]所述比較通道選擇模塊包括與變頻器控制器連接，用于接收運(yùn)行信號(hào)的端口電路，三個(gè)反相器，兩個(gè)與門電路，一個(gè)或門電路，第一反相器的輸入端通過光耦電路與第一比較模塊連接，第二反相器的輸入端通過光耦電路與第二比較模塊連接，第一反相器的輸出端與第一與門電路的一輸入端連接，第二反相器的輸出端與第二與門電路的一輸入端連接，端口電路與第二與門電路的另一輸入端連接，并通過第三反相器與第一與門電路的另一輸入端連接，第一與門電路、第二與門電路的輸出端分別與或門電路的兩個(gè)輸入端連接，或門電路的輸出端與斷路器控制器連接。
[0025]第八技術(shù)方案是在第一至七中任一項(xiàng)的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上構(gòu)成，其特征在于，
[0026]所述變頻器為級(jí)聯(lián)式高壓變頻器，所述斷路器設(shè)置在移相變壓器的輸出或輸入回路，所述斷路器控制器設(shè)置在變頻器控制器中。
[0027]第九技術(shù)方案為一種變頻器的過電流保護(hù)方法，其特征在于，
[0028]包括，
[0029]電流采樣步驟，由其對(duì)功率單元的輸入電流進(jìn)行采樣，采樣電流或采樣電壓由整流模塊整流成直流的檢測(cè)值，
[0030]第一比較步驟，由其將所述檢測(cè)值與第一比較值進(jìn)行比較，在檢測(cè)值大于第一比較值時(shí)，輸出過電流信號(hào)，第一比較值根據(jù)功率單元上電時(shí)的啟動(dòng)電流設(shè)定，
[0031]第二比較步驟，由其將所述檢測(cè)值與第二比較值進(jìn)行比較，在檢測(cè)值大于第二比較值時(shí)，輸出過電流信號(hào)，第二比較值根據(jù)功率單元的最大工作電流設(shè)定，
[0032]比較通道選擇步驟，其根據(jù)變頻器的運(yùn)行信號(hào)，在有運(yùn)行信號(hào)輸入時(shí)選擇第二比較步驟進(jìn)行比較，沒有運(yùn)行信號(hào)時(shí)選擇第一比較步驟進(jìn)行比較，
[0033]斷路器控制步驟，由其根據(jù)所選擇的第一或第二比較步驟輸出的過電流信號(hào)，控制變頻器或功率單元的斷路器，切斷對(duì)功率單元的供電。
[0034]第十技術(shù)方案是在第九技術(shù)方案的基礎(chǔ)上構(gòu)成，其特征在于，
[0035]所述電流采樣步驟中，對(duì)功率單元的兩相輸入電流進(jìn)行采樣，根據(jù)采樣電流計(jì)算出第三相輸入電流的米樣電流。[0036]本發(fā)明的有益效果在于:設(shè)置兩個(gè)比較通道，一個(gè)比較通道的比較值根據(jù)功率單元上電時(shí)的啟動(dòng)電流設(shè)定，另一個(gè)比較通道的比較值根據(jù)運(yùn)行時(shí)的最大輸出電流設(shè)定，在功率單元的不同階段選用不同的比較通道的輸出信號(hào)，判斷功率單元的過電流，在過電流時(shí)，控制斷路器，切斷對(duì)功率單元或變頻器的供電。
[0037]因此，不僅能夠在功率單元上電時(shí)避免因沖擊電流造成的誤動(dòng)作，還能在過電流時(shí)有效地保護(hù)功率單元。并且相比于一次性的熔斷器，還具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)性好的特點(diǎn)。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0038]圖1為高壓級(jí)聯(lián)式變頻器的拓?fù)鋱D；
[0039]圖2為高壓級(jí)聯(lián)式變頻器中的功率單元的電路圖；
[0040]圖3為用于高壓級(jí)聯(lián)式變頻器的過電流保護(hù)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0041]圖4為圖3中電流采集處理板的采樣電路和信號(hào)處理電路的模塊圖；
[0042]圖5為電流采集處理板中的比較選擇邏輯圖。
【具體實(shí)施方式】
[0043]圖1為高壓級(jí)聯(lián)式變頻器的拓?fù)鋱D，輸入電流(三相電流)經(jīng)移相變壓器YB降壓后對(duì)各個(gè)功率單元供電。變頻器的每一相(A、B、C)由5個(gè)相同的功率單元(Al?A5、B1?B5、Cl?C5)串聯(lián)而成，每一相中各個(gè)功率單元的輸出電壓疊加而形成高壓的相電壓對(duì)負(fù)載供電。各個(gè)功率單元由未圖示的變頻器控制器控制。
[0044]在移相變壓器YB的輸入回路中安裝有高壓斷路器K，通過控制高壓斷路器K能夠切斷對(duì)功率單元的供電。
[0045]功率單元的過電流保護(hù)，現(xiàn)有技術(shù)中如圖2所示是通過在功率單元的輸入回路中串聯(lián)高壓熔斷器FU來(lái)進(jìn)行。由于高壓熔斷器FU具有經(jīng)濟(jì)性差，容易被啟動(dòng)時(shí)的上電電流熔斷，不能有效地保護(hù)功率單元，在本發(fā)明中，不采用高壓熔斷器FU進(jìn)行保護(hù)。取而代之在A相，C相輸入回路中串聯(lián)電流互感器，通過電流互感器對(duì)功率單元的A相、C相輸入電流進(jìn)行采樣，通過信號(hào)處理判斷功率單元過流，在過電流時(shí)，通過控制高壓斷路器K，切斷對(duì)移相變壓器YB的供電來(lái)保護(hù)功率單元。
[0046]以下對(duì)本發(fā)明的過電流保護(hù)裝置的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行說(shuō)明。
[0047]圖3為用于高壓級(jí)聯(lián)式變頻器的過電流保護(hù)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖3所示，電流互感器I的二個(gè)一次繞組分別串聯(lián)在功率單元的A相、C相輸入回路中，二次繞組la、lb分別連接到電流采集處理板2。電流采集處理板2中的采樣電路2a通過電流互感器I (la、lc)對(duì)功率單元的A相、C相輸入電流進(jìn)行采樣，信號(hào)處理電路2b根據(jù)采樣得到的采樣值在變頻器的不同工作狀態(tài)，使用不同的比較通道與比較值進(jìn)行比較，判斷功率單元是否過流。過流時(shí)的過流信號(hào)通過端口 2c輸入到變頻器控制器3，變頻器控制器3根據(jù)過流信號(hào)，控制設(shè)置在移相變壓器YB輸入回路中的高壓斷路器4 (圖1中的K)斷開，停止對(duì)功率單元的供電。
[0048]圖4為圖3中電流采集處理板的采樣電路和信號(hào)處理電路的模塊圖。如圖4所示，A相電流采樣電路21a、C相電流采樣電路21c分別通過并接在電流互感器I的二次繞組la、lb兩端的精密采樣電阻對(duì)功率單元的A相、C相輸入電流進(jìn)行采樣。A相電流采樣電路21a、C相電流采樣電路21c與后續(xù)電路之間設(shè)置有電壓跟隨器22a、22c，使采樣值不受后續(xù)電路的影響。計(jì)算B相電流電路22b例如為減法電路，根據(jù)A相電流、C相電流的采樣值，計(jì)算出B相電流的采樣值。各個(gè)采樣值通過(三相)精密整流電路23，得到三相電流六個(gè)相互交錯(cuò)的峰值，然后將其經(jīng)過兩個(gè)放大倍數(shù)不同的放大電路24a、24b，分別將啟動(dòng)與正常運(yùn)行時(shí)候的電流閾值放大到3V左右，然后在經(jīng)過比較器25a、25b與3V基準(zhǔn)源(設(shè)定比較值)進(jìn)行比較，得到脈沖信號(hào)，即，放大電路24a、24b的輸出電壓大于3V時(shí)，此時(shí)，功率單元啟動(dòng)與正常運(yùn)行時(shí)候的電流已超過電流閾值，比較器25a、25b輸出正的過電流信號(hào)。
[0049]圖5為電流采集處理板中的比較選擇邏輯圖。比較選擇邏輯利用FPGA(現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列)實(shí)現(xiàn)。其邏輯為，第一反相器28a的輸入端通過光耦電路26a與比較器25a連接，第二反相器28b的輸入端通過光稱電路26b與比較器25b連接,第一反相器28a的輸出端與第一與門電路30a的一輸入端連接,第二反相器28b的輸出端與第二與門電路30b的一輸入端連接，與變頻器控制器3連接，輸入運(yùn)行信號(hào)的端口電路27與第二與門電路30b的另一輸入端連接，并通過第三反相器29a與第一與門電路30a的另一輸入端連接，第一與門電路30a、第二與門電路30b的輸出端分別與或門電路31的兩個(gè)輸入端連接，或門電路31的輸出端通過圖3所示的端口電路2c與變頻器控制器3的連接。
[0050]這樣在沒有運(yùn)行信號(hào)輸入時(shí)，比較器25a的過流信號(hào)被輸出；有運(yùn)行信號(hào)輸入時(shí)，比較器25b的過流信號(hào)被輸出。因此不論是啟動(dòng)還是正常運(yùn)行時(shí)，變頻器控制器3能夠根據(jù)各個(gè)階段通過不同閾值檢測(cè)到過流信號(hào)，控制設(shè)置在移相變壓器YB輸入回路中的高壓斷路器4 (圖1中的K)斷開，保護(hù)對(duì)功率單元。
[0051 ] S卩，本發(fā)明中，通過設(shè)置兩個(gè)比較通道，一個(gè)比較通道的比較值根據(jù)功率單元上電時(shí)的啟動(dòng)電流設(shè)定，另一個(gè)比較通道的比較值根據(jù)運(yùn)行時(shí)的最大輸出電流設(shè)定，因此，能夠根據(jù)啟動(dòng)和正常運(yùn)行的兩種不同工作狀態(tài)分別對(duì)過電流進(jìn)行判斷，這樣不僅能夠在功率單元上電時(shí)避免因沖擊電流造成的誤動(dòng)作，還能在過電流時(shí)有效地保護(hù)功率單元。相比于一次性的熔斷器，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)性好的特點(diǎn)。
[0052]以上所述，僅為本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本發(fā)明揭示的技術(shù)范圍內(nèi)，能進(jìn)行各種替換和改變，其都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)所述以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種變頻器的過電流保護(hù)裝置，其特征在于， 包括， 電流采樣模塊，由其對(duì)功率單元的輸入電流進(jìn)行采樣， 整流模塊，由其將采樣電流或采樣電壓整流成直流的檢測(cè)值， 第一比較模塊，由其將所述檢測(cè)值與第一比較值進(jìn)行比較，在檢測(cè)值大于第一比較值時(shí)，輸出過電流信號(hào)，第一比較值根據(jù)功率單元上電時(shí)的啟動(dòng)電流設(shè)定， 第二比較模塊，由其將所述檢測(cè)值與第二比較值進(jìn)行比較，在檢測(cè)值大于第二比較值時(shí)，輸出過電流信號(hào)，第二比較值根據(jù)功率單元的最大工作電流設(shè)定， 比較通道選擇模塊，其根據(jù)變頻器的運(yùn)行信號(hào)，在有運(yùn)行信號(hào)輸入時(shí)選擇第二比較模塊進(jìn)行比較，沒有運(yùn)行信號(hào)時(shí)選擇第一比較模塊進(jìn)行比較， 斷路器控制器，其根據(jù)所選擇的第一或第二比較模塊輸出的過電流信號(hào)，控制變頻器或功率單元的斷路器，切斷對(duì)功率單元的供電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變頻器的過電流保護(hù)裝置，其特征在于， 還包括電流互感器，電流互感器的一次繞組串接在功率單元的輸入回路中，所述電流采樣模塊通過二次繞組對(duì)功率單元的輸入電流進(jìn)行采樣。
3.根據(jù)權(quán)利要求2 所述的變頻器的過電流保護(hù)裝置，其特征在于， 所述電流互感器為兩相電流互感器，所述電流采樣模塊通過兩相電流互感器對(duì)功率單元的兩相輸入電流進(jìn)行采樣，根據(jù)采樣電流計(jì)算出第三相輸入電流的采樣電流。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的變頻器的過電流保護(hù)裝置，其特征在于， 所述電流互感器與所述電流采樣模塊之間設(shè)置有電壓跟隨器。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的變頻器的過電流保護(hù)裝置，其特征在于， 所述第一比較模塊由運(yùn)算放大電路和比較器構(gòu)成，所述第二比較模塊由運(yùn)算放大電路和比較器構(gòu)成，所述第一比較模塊的比較器的設(shè)定比較值根據(jù)功率單元上電時(shí)的啟動(dòng)電流設(shè)定，所述第二比較模塊的比較器的設(shè)定比較值根據(jù)功率單元的最大工作電流設(shè)定。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的變頻器的過電流保護(hù)裝置，其特征在于，所述第一比較模塊和第二比較模塊通過光耦電路與所述比較通道選擇模塊連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的變頻器的過電流保護(hù)裝置，其特征在于， 所述比較通道選擇模塊包括與變頻器控制器連接，用于接收運(yùn)行信號(hào)的端口電路，三個(gè)反相器，兩個(gè)與門電路，一個(gè)或門電路，第一反相器的輸入端通過光耦電路與第一比較模塊連接，第二反相器的輸入端通過光耦電路與第二比較模塊連接，第一反相器的輸出端與第一與門電路的一輸入端連接，第二反相器的輸出端與第二與門電路的一輸入端連接，端口電路與第二與門電路的另一輸入端連接，并通過第三反相器與第一與門電路的另一輸入端連接，第一與門電路、第二與門電路的輸出端分別與或門電路的兩個(gè)輸入端連接，或門電路的輸出端與斷路器控制器連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的變頻器的過電流保護(hù)裝置，其特征在于， 所述變頻器為級(jí)聯(lián)式高壓變頻器，所述斷路器設(shè)置在移相變壓器的輸出或輸入回路，所述斷路器控制器設(shè)置在變頻器控制器中。
9.一種變頻器的過電流保護(hù)方法，其特征在于， 包括，電流采樣步驟，由其對(duì)功率單元的輸入電流進(jìn)行采樣，采樣電流或采樣電壓由整流模塊整流成直流的檢測(cè)值， 第一比較步驟，由其將所述檢測(cè)值與第一比較值進(jìn)行比較，在檢測(cè)值大于第一比較值時(shí)，輸出過電流信號(hào)，第一比較值根據(jù)功率單元上電時(shí)的啟動(dòng)電流設(shè)定， 第二比較步驟，由其將所述檢測(cè)值與第二比較值進(jìn)行比較，在檢測(cè)值大于第二比較值時(shí)，輸出過電流信號(hào)，第二比較值根據(jù)功率單元的最大工作電流設(shè)定， 比較通道選擇步驟，其根據(jù)變頻器的運(yùn)行信號(hào)，在有運(yùn)行信號(hào)輸入時(shí)選擇第二比較步驟進(jìn)行比較，沒有運(yùn)行信號(hào)時(shí)選擇第一比較步驟進(jìn)行比較， 斷路器控制步驟，由其根據(jù)所選擇的第一或第二比較步驟輸出的過電流信號(hào)，控制變頻器或功率單元的斷路器，切斷對(duì)功率單元的供電。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的變頻器的過電流保護(hù)方法，其特征在于， 所述電流采樣步驟中，對(duì)功率單元的兩相輸入電流進(jìn)行采樣，根據(jù)采樣電流計(jì)算出第三相輸入電流的米樣 電流。
【文檔編號(hào)】H02H7/12GK103762555SQ201410002192
【公開日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2014年1月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月3日
【發(fā)明者】徐云龍, 李瑞英 申請(qǐng)人:北京合康億盛變頻科技股份有限公司