CN102005753A

CN102005753A - 尖峰过电压消除装置

Info

Publication number: CN102005753A
Application number: CN2010105532961A
Authority: CN
Inventors: 梁志珊; 宋安阳; 邱银锋
Original assignee: China University of Petroleum Beijing
Current assignee: China University of Petroleum Beijing
Priority date: 2010-11-22
Filing date: 2010-11-22
Publication date: 2011-04-06
Anticipated expiration: 2030-11-22
Also published as: CN102005753B

Abstract

本发明涉及一种尖峰过电压消除装置，包括存储器、充电器、放电器和控制器，存储器用于暂存系统电源的尖峰过电压能量，充电器与所述存储器连接，用于将系统电源的尖峰过电压能量暂存入存储器，放电器与所述存储器连接，用于将暂存在所述存储器内的尖峰过电压能量释放，控制器分别与所述充电器和放电器连接，用于在系统电源处于一个半周时控制所述充电器将尖峰过电压能量暂存入存储器，在系统电源处于后一个半周时控制所述放电器将暂存在存储器内的尖峰过电压能量释放。所述尖峰过电压包括正尖峰过电压和/或负尖峰过电压。本发明不仅有效实现了周而复始的尖峰过电压消除，而且具有功耗低、体积小、重量轻、成本低等优点。

Description

尖峰过电压消除装置

技术领域

本发明涉及一种消除由PWM引起的过电压装置，尤其是一种尖峰过电压消除装置。

背景技术

由于显著的节能效果和优异的调速特性，变频器被广泛应用在交流电动机驱动上。但实际使用中发现，普通电动机由变频器驱动时，电动机寿命大幅度缩短，表现为绕组的绝缘损坏和轴承损坏。理论和实验研究表明，造成这种现象的主要原因是变频器采用PWM电压驱动电动机。当电动机中驱动电缆超过一定长度且电压波形含有断续且高的电压变化率du/dt值时，电压波形畸变率很高，变压器升压输出后，其输出电压波形上叠加尖峰过电压。进一步研究表明，PWM电压在电动机的输入端产生尖峰过电压的幅度会达到变频器额定工作电压的3～4倍以上，这种尖峰过电压每秒对电动机定子冲击上千次(具体数量取决于变频器的载波频率)，很快就会导致定子绝缘损坏，使电动机寿命大幅度缩短，绕组损坏。另外，PWM尖峰过电压中还含有丰富的高频谐波电压成份，这些高频电压进入电动机的定子绕组后，会通过电动机轴承的杂散电容形成通路，形成轴承电流。轴承中长时间流过轴承电流会造成轴承寿命缩短，具体表现为轴承表面凹凸不平，旋转摩擦力增大，导致电动机发热甚至轴承烧毁。

由此可见，变频器电动机系统的尖峰过电压对电动机的危害为：

(1)尖峰过电压引起电动机发热，导致电动机温升增加，还会引起电动机转矩脉动和噪音增加；

(2)尖峰过电压使电动机绝缘反复承受电应力，损坏绝缘；

(3)尖峰过电压的高频电压分量通过绕组和转子间的分布电容，经过轴承到机壳，再到地，形成轴承电流，降低电动机轴承的寿命；

(4)行波反射引起电动机端电压叠加，使电动机绝缘破坏，甚至可能引起电缆爆裂。

针对变频器电动机系统尖峰过电压问题，现有技术的一种解决方案是在变频器的输出端安装电压变化率滤波器，其机理是通过降低电压变化率以减小长驱动电缆在电动机端导致的过冲电压。通常，电压变化率滤波器安装在变频器的输出端，以延长电动机寿命，减小电磁干扰。现有技术的另一种解决方案是采用正弦波滤波器，将变频器输出的PWM电压波形转换为准正弦波电压波形，以达到消除过冲电压和电磁干扰的目的。

实际应用表明，虽然现有技术的解决方案能够对电动机提供有效的保护，但存在功耗大、体积大、重量大、价格高等缺陷，尤其对于大功率电动机，这些问题更加突出。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种尖峰过电压消除装置，在有效消除尖峰过电压的同时，具有功耗低、体积小、重量轻、成本低等优点。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种尖峰过电压消除装置，包括：

存储器，用于暂存系统电源的尖峰过电压能量；

充电器，与所述存储器连接，用于将系统电源的尖峰过电压能量暂存入存储器；

放电器，与所述存储器连接，用于将暂存在所述存储器内的尖峰过电压能量释放；

控制器，分别与所述充电器和放电器连接，用于在系统电源处于一个半周时控制所述充电器将尖峰过电压能量暂存入存储器，在系统电源处于后一个半周时控制所述放电器将暂存在存储器内的尖峰过电压能量释放。

进一步地，所述充电器包括：

第一测量单元，与系统电源连接，用于获得系统电源测量电压；

第一基准单元，用于提供基准电压；

第一比较单元，分别与所述第一测量单元和第一基准单元连接，用于根据所述系统电源测量电压和基准电压的比较结果发送充电控制信号；

第一开关单元，分别与所述第一比较单元、控制器和存储器连接，用于根据充电控制信号和控制器的指令将系统电源的尖峰过电压暂存入存储器。

进一步地，所述放电器包括：

第二测量单元，与所述存储器连接，用于获得存储测量电压；

第二基准单元，用于提供基准电压；

第二比较单元，分别与所述第二测量单元和第二基准单元连接，用于根据所述存储测量电压和基准电压的比较结果发送放电控制信号；

第二开关单元，分别与所述第二比较单元、控制器和存储器连接，用于根据放电控制信号和控制器的指令将暂存在存储器内的尖峰过电压能量释放。

进一步地，所述第一测量单元包括串接的两个分压电阻和设置在两个分压电阻之间的系统电源测量端，所述两个分压电阻设置在系统电源之间，所述系统电源测量端用于输出系统电源测量电压；所述第一基准单元为基准电压输出端，用于提供基准电压；所述第一比较单元为第一比较器，第一比较器的一个输入端与所述系统电源测量端连接，另一个输入端与所述基准电压输出端连接，所述第一比较器根据所述系统电源测量电压和基准电压的比较结果发送充电控制信号。

进一步地，所述第一开关单元包括第一与门和第一开关管，所述第一与门的一个输入端与所述第一比较器的输出端连接，接收第一比较器发送的充电控制信号，另一个输入端与所述控制器连接，接收控制器发送的指令，所述第一与门的输出端与所述第一开关管的控制端连接；所述存储器为电容，所述电容与所述第一开关管串接并设置在系统电源之间；当第一比较器发送充电控制信号且控制器发送允许命令时，所述第一开关管导通，使系统电源的尖峰过电压对电容充电，将系统电源的尖峰过电压能量暂存入电容。

进一步地，所述第一基准单元与所述控制器连接，用于根据所述控制器的指令提供基准电压。

进一步地，所述第一基准单元为具有2个基准电压输出端的选择开关，所述选择开关与控制器连接，用于根据所述控制器的控制分别提供0V基准电压或Vb基准电压，所述Vb基准电压是对应于系统电源正弦波正最大值或负最大值的测量电压。

进一步地，所述存储器为电容；所述第二测量单元包括串接的两个分压电阻和设置在两个分压电阻之间的存储测量端，所述两个分压电阻与所述电容并联，所述存储测量端用于输出电容测量电压；所述第二基准单元为基准电压输出端，用于提供基准电压；所述第二比较单元为第二比较器，第二比较器的一个输入端与存储测量端连接，另一个输入端与所述基准电压输出端连接，所述第二比较器根据所述电容测量电压和基准电压的比较结果发送放电控制信号。

进一步地，所述第二开关单元包括第二与门、第二开关管和放电电阻，所述第二与门的一个输入端与所述第二比较器的输出端连接，接收第二比较器发送的放电控制信号，另一个输入端与所述控制器连接，接收控制器发送的指令，所述第二与门的输出端与所述第二开关管的控制端连接，串接的所述第二开关管和放电电阻与所述电容并联；当第二比较器发送放电控制信号且控制器发送允许命令时，所述第二开关管导通，使电容对放电电阻放电，将电容暂存的尖峰过电压能量释放。

在上述技术方案基础上，所述尖峰过电压包括正尖峰过电压和/或负尖峰过电压。

本发明提供了一种尖峰过电压消除装置，当系统电源的一个半周到来时，将尖峰过电压能量暂存入存储器，当系统电源随后的另一个半周到来时，将暂存在存储器内的尖峰过电压能量释放掉，不仅有效实现了周而复始的尖峰过电压消除，而且具有功耗低、体积小、重量轻、成本低等优点。

附图说明

图1为本发明尖峰过电压消除装置的结构示意图；

图2为本发明尖峰过电压消除装置中充电器的结构示意图；

图3为本发明尖峰过电压消除装置中放电器的结构示意图；

图4为本发明尖峰过电压消除装置第一实施例的结构示意图；

图5为本发明尖峰过电压消除装置第二实施例的结构示意图；

图6为本发明尖峰过电压消除装置第三实施例的结构示意图；

图7为本发明尖峰过电压消除装置第四实施例的结构示意图；

图8为本发明尖峰过电压消除装置第五实施例的结构示意图；

图9为本发明尖峰过电压消除装置第六实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明技术方案做进一步详细说明。

图1为本发明尖峰过电压消除装置的结构示意图。如图1所示，本发明尖峰过电压消除装置包括控制器1、充电器2、放电器3和存储器4，其中，存储器4用于暂存系统电源的尖峰过电压能量；充电器2与存储器4连接，用于将系统电源的尖峰过电压能量暂存入存储器4；放电器3与存储器4连接，用于将暂存在存储器4内的尖峰过电压能量释放；控制器1分别与充电器2和放电器3连接，用于在系统电源处于一个半周时控制充电器2将尖峰过电压能量暂存入存储器4，在系统电源处于后一个半周时控制放电器3将暂存在存储器4内的尖峰过电压能量释放。具体地，当系统电源的一个正半周到来时，控制器1控制充电器2将正尖峰过电压能量暂存入存储器4，当系统电源随后的一个负半周到来时，控制器1控制放电器3将暂存在存储器4内的正尖峰过电压能量释放掉。或者，当系统电源的一个负半周到来时，控制器1控制充电器2将负尖峰过电压能量暂存入存储器4，当系统电源随后的一个正半周到来时，控制器1控制放电器3将暂存在存储器4内的负尖峰过电压能量释放掉。

图2为本发明尖峰过电压消除装置中充电器的结构示意图。如图2所示，本发明充电器2包括第一测量单元21、第一基准单元22、第一比较单元23和第一开关单元24，其中，第一测量单元21与系统电源连接，用于获得系统电源测量电压；第一基准单元22用于提供基准电压；第一比较单元23分别与第一测量单元21和第一基准单元22连接，用于根据系统电源测量电压和基准电压的比较结果发送充电控制信号；第一开关单元24分别与第一比较单元23、控制器1和存储器4连接，用于根据充电控制信号和控制器的指令将系统电源的尖峰过电压暂存入存储器4。进一步地，第一基准单元22还与控制器1连接，用于根据控制器1的指令提供相应的基准电压。

图3为本发明尖峰过电压消除装置中放电器的结构示意图。如图3所示，本发明放电器3包括第二测量单元31、第二基准单元32、第二比较单元33和第二开关单元34，其中，第二测量单元31与存储器4连接，用于获得存储测量电压；第二基准单元32用于提供基准电压；第二比较单元33分别与第二测量单元31和第二基准单元32连接，用于根据存储测量电压和基准电压的比较结果发送放电控制信号；第二开关单元34分别与第二比较单元33、控制器1和存储器4连接，用于根据放电控制信号和控制器的指令将暂存在存储器4内的尖峰过电压能量释放掉。

本发明尖峰过电压消除装置的工作过程为：当系统电源的正半周或负半周到来时，第一测量单元21获得系统电源测量电压，第一比较单元23根据系统电源测量电压和基准电压的比较结果发送充电控制信号，根据第一比较单元23发送的充电控制信号和控制器发送的的指令，第一开关单元24将系统电源的正尖峰过电压或负尖峰过电压暂存入存储器4。当系统电源随后的一个负半周或正半周到来时，第二测量单元31获得存储测量电压，第二比较单元33根据存储测量电压和基准电压的比较结果发送放电控制信号，根据第二比较单元33发送的放电控制信号和控制器发送的的指令，第二开关单元34将暂存在存储器4内的正尖峰过电压或负尖峰过电压能量释放掉。

通过上述技术方案可以看出，本发明尖峰过电压消除装置不仅有效实现了周而复始的正尖峰过电压或负尖峰过电压消除，而且具有功耗低、体积小、重量轻、成本低等优点。

下面通过具体实施例详细说明本发明尖峰过电压消除装置的技术方案。

第一实施例

图4为本发明尖峰过电压消除装置第一实施例的结构示意图，用于消除系统电源的正尖峰过电压。

如图4所示，本实施例中，第一测量单元采用分压电阻结构，包括系统电源测量端、分压电阻R_A1和R_B1，串接的分压电阻R_A1和R_B1设置在电动机附近的系统电源(AB相)之间，系统电源测量端设置在分压电阻R_A1与R_B1之间，系统电源测量端用于测量输出系统电源测量电压。第一基准单元为Vb1基准电压输出端，用于提供Vb1基准电压，Vb1基准电压是对应于系统电源正弦波正最大值的测量电压，Vb1基准电压为正电压值。第一比较单元采用正比较器结构，包括第一比较器P1，第一比较器P1的正输入端与系统电源测量端连接，负输入端与Vb1基准电压输出端连接，第一比较器P1比较系统电源测量电压和Vb1基准电压，当系统电源测量电压大于Vb1基准电压时，第一比较器P1的输出端发送充电控制信号(如高电平)。第一开关单元采用与门和开关管结构，包括第一开关管IGBT1和二输入端的第一与门AND1，第一与门AND1的一个输入端与第一比较器P1的输出端连接，接收第一比较器P1发送的充电控制信号，另一个输入端与控制器1连接，接收控制器1发送的指令，第一与门AND1的输出端通过驱动电路与第一开关管IGBT1的控制端连接，当第一比较器P1发送充电控制信号且控制器1发送的指令是允许命令时，第一开关管IGBT1在驱动电路作用下导通。存储器4采用电容器结构，包括第一电容C1，第一电容C1与第一开关管IGBT1串接并设置在系统电源之间，用于在第一开关管IGBT1导通时，系统电源的正尖峰过电压对第一电容C1充电，将系统电源的正尖峰过电压能量暂存入第一电容C1。

如图4所示，本实施例中，第二测量单元采用分压电阻结构，包括存储测量端、分压电阻R_A2和R_B2，串接的分压电阻R_A2和R_B2与第一电容C1并联，存储测量端设置在分压电阻R_A2与R_B2之间，存储测量端用于测量输出第一电容测量电压。第二基准单元为Vb1基准电压输出端，用于提供Vb1基准电压，Vb1基准电压是对应于系统电源正弦波正最大值的测量电压。第二比较单元采用正比较器结构，包括第二比较器P2，第二比较器P2的正输入端与存储测量端连接，负输入端与Vb1基准电压输出端连接，第二比较器P2比较第一电容测量电压和Vb1基准电压，当第一电容测量电压大于Vb1基准电压时，第二比较器P2的输出端发送放电控制信号(如高电平)。第二开关单元采用与门和开关管结构，包括第二开关管IGBT2和三输入端的第二与门AND2，第二与门AND2的一个输入端与第二比较器P2的输出端连接，接收第二比较器P2发送的放电控制信号，另一个输入端与控制器1连接，接收控制器1发送的指令，再一个输入端通过第一非门OR1与第一与门AND1连接，第一非门OR1用于提供闭锁信号，保证第一开关管IGBT1和第二开关管IGBT2不能直通。第二与门AND2的输出端通过驱动电路与第二开关管IGBT2的控制端连接，当第二比较器P2发送放电控制信号且控制器1发送的指令是允许命令时，第二开关管IGBT2在驱动电路作用下导通。第二开关单元还包括第一放电电阻R_AB1，第一放电电阻R_AB1与第二开关管IGBT2串接，并与第一电容C1并联，用于在第二开关管IGBT2导通时，第一电容C1对第一放电电阻R_AB1放电，将第二电容C1暂存的正尖峰过电压能量释放掉。

本实施例中，第一开关管IGBT1和第二开关管IGBT2还分别并联有吸收电路，该结构已为本领域技术人员所了解，这里不再赘述。

本实施例尖峰过电压消除装置消除系统电源正尖峰过电压的工作过程为：

1、尖峰过电压消除装置进行启动控制，启动控制完成后，第一电容C1保持正弦波正最大值，称之为第一标准电压V1。

2、在系统电源正半周，控制器1向第一与门AND1发送允许命令。当系统电源的正尖峰过电压到来时，经分压电阻R_A1和R_B1分压得到的系统电源测量电压将大于Vb1基准电压。第一比较器P1通过比较判断出系统电源测量电压大于Vb1基准电压后，第一比较器P1发送充电控制信号(如高电平)。第一与门AND1接收到第一比较器P1发送的充电控制信号和控制器1发送的允许指令后，在驱动电路作用下控制第一开关管IGBT1导通，系统电源的正尖峰过电压向第一电容C1充电，正尖峰能量被暂存入第一电容C1。当系统电源的尖峰过电压过后，经分压电阻R_A1和R_B1分压得到的的系统电源测量电压将小于或等于Vb1基准电压。第一比较器P1通过比较判断出系统电源测量电压小于或等于Vb1基准电压后，第一比较器P1发送停止控制信号(如低电平)。第一与门AND1接收到第一比较器P1发送的停止控制信号后，在驱动电路作用下控制第一开关管IGBT1断开，第一电容C1停止充电。

3、在系统电源负半周，控制器1向第二与门AND2发送允许命令。由于第一电容C1暂存有正尖峰能量，经分压电阻R_A2和R_B2分压得到的第一电容测量电压将大于Vb1基准电压。第二比较器P2通过比较判断出第一电容测量电压大于Vb1基准电压后，第二比较器P2发送放电控制信号(如高电平)。第二与门AND2接收到第二比较器P2发送的放电控制信号和控制器1发送的允许指令后，在驱动电路作用下控制第二开关管IGBT2导通，第一电容C1对第一放电电阻R_AB1放电。这样，暂存在第一电容C1内的正尖峰能量被第一放电电阻R_AB1消耗掉。当第一电容C1放电到第一标准电压V1时，经分压电阻R_A2和R_B2分压得到的第一电容测量电压将小于或等于Vb1基准电压。第二比较器P2通过比较判断出第一电容测量电压小于或等于Vb1基准电压后，第二比较器P2发送停止控制信号(如低电平)。第二与门AND2接收到第二比较器P2发送的停止控制信号后，在驱动电路作用下控制第二开关管IGBT2断开，第一电容C1停止放电。此时，第一电容C1保持第一标准电压V1。

由此可见，当系统电源处于正半周时，正尖峰过电压能量被累积存入第一电容C1，当系统电源处于负半周时，存入第一电容C1的正尖峰能量被第一放电电阻R_AB1消耗掉。在控制器的控制下，本实施例尖峰过电压消除装置通过周而复始的尖峰过电压消除过程，有效消除了系统电源的正尖峰过电压。同时，本实施例具有功耗低、体积小重量轻、成本低等优点。

第二实施例

图5为本发明尖峰过电压消除装置第二实施例的结构示意图，用于消除系统电源的正尖峰过电压。本实施例的主体结构与前述第一实施例的技术方案基本相同，所不同的是，本实施例的第一基准单元为具有2个基准电压输出端的第一选择开关，第一选择开关与控制器1连接，用于根据控制器1的控制分别提供0V基准电压或Vb1基准电压。本实施例通过设置第一选择开关，在实现第一实施例将正向尖峰过电压消除的同时，还实现了正向尖峰过电压消除的启动控制。

本实施例尖峰过电压消除装置进行启动控制的工作过程为：

控制器1控制第一选择开关选择0V基准电压。当系统电源正半周到来时，经分压电阻R_A1和R_B1分压得到的系统电源测量电压将大于0V基准电压。第一比较器P1通过比较判断出系统电源测量电压大于0V基准电压后，第一比较器P1发送充电控制信号(如高电平)。控制器1向第一与门AND1发送允许命令，第一与门AND1接收到第一比较器P1发送的充电控制信号和控制器1发送的允许指令后，在驱动电路作用下控制第一开关管IGBT1导通，系统电源对第一电容C1按正弦波电压充电。当第一电容C1充电到正弦波正最大值时，控制器1向第一与门AND1发出禁止命令，停止第一电容C1充电。同时，控制器1控制第一选择开关选择Vb1基准电压，至此完成本实施例尖峰过电压消除的启动控制。此时，第一电容C1保持正弦波正最大值，称之为第一标准电压V1。

第三实施例

图6为本发明尖峰过电压消除装置第三实施例的结构示意图，用于消除系统电源的负尖峰过电压。

如图6所示，本实施例中，第一测量单元采用分压电阻结构，包括系统电源测量端、分压电阻R_A3和R_B3，串接的分压电阻R_A3和R_B3设置在电动机附近的系统电源(AB相)之间，系统电源测量端设置在分压电阻R_A3与R_B3之间，系统电源测量端用于测量输出系统电源测量电压。第二基准单元为Vb2基准电压输出端，用于提供Vb2基准电压，Vb2基准电压是对应于系统电源正弦波负最大值的测量电压，Vb2基准电压为负电压值。第一比较单元采用负比较器结构，包括第三比较器P3，第三比较器P3的负输入端与系统电源测量端连接，正输入端与Vb2基准电压输出端连接，第三比较器P3比较系统电源测量电压和Vb2基准电压，当系统电源测量电压小于Vb2基准电压时，第三比较器P3的输出端发送充电控制信号(如高电平)。第一开关单元采用与门和开关管结构，包括第三开关管IGBT3和二输入端的第三与门AND3，第三与门AND3的一个输入端与第三比较器P3的输出端连接，接收第三比较器P3发送的充电控制信号，另一个输入端与控制器1连接，接收控制器1发送的指令，第三与门AND3的输出端通过驱动电路与第三开关管IGBT3的控制端连接，当第三比较器P3发送充电控制信号且控制器1发送的指令是允许命令时，第三开关管IGBT3在驱动电路作用下导通。存储器4采用电容器结构，包括第二电容C2，第二电容C2与第三开关管IGBT3串接并设置在系统电源之间，用于在第三开关管IGBT3导通时，系统电源的负尖峰过电压对第二电容C2充电，将系统电源的负尖峰过电压能量暂存入第二电容C2。

如图6所示，本实施例中，第二测量单元采用分压电阻结构，包括存储测量端、分压电阻R_A4和R_B4，串接的分压电阻R_A4和R_B4与第二电容C2并联，存储测量端设置在分压电阻R_A4与R_B4之间，存储测量端用于测量输出第二电容测量电压。第二基准单元为Vb2基准电压输出端，用于提供Vb2基准电压，Vb2基准电压是对应于系统电源正弦波负最大值的测量电压。第二比较单元采用负比较器结构，包括第四比较器P4，第四比较器P4的负输入端与存储测量端连接，正输入端与Vb2基准电压输出端连接，第四比较器P4比较第二电容测量电压和Vb2基准电压，当第二电容测量电压小于Vb2基准电压时，第四比较器P4的输出端发送放电控制信号(如高电平)。第二开关单元采用与门和开关管结构，包括第四开关管IGBT4和三输入端的第四与门AND4，第四与门AND4的一个输入端与第四比较器P4的输出端连接，接收第四比较器P4发送的放电控制信号，另一个输入端与控制器1连接，接收控制器1发送的指令，再一个输入端通过第二非门OR2与第三与门AND3连接，第二非门OR2用于提供闭锁信号，保证第三开关管IGBT3和第四开关管IGBT4不能直通。第四与门AND4的输出端通过驱动电路与第四开关管IGBT4的控制端连接，当第四比较器P4发送放电控制信号且控制器1发送的指令是允许命令时，第四开关管IGBT4在驱动电路作用下导通。第二开关单元还包括第二放电电阻R_AB2，第二放电电阻R_AB2第四开关管IGBT4串接，并与第二电容C2并联，用于在第四开关管IGBT4导通时，第二电容C2对第二放电电阻R_AB2放电，将第二电容C2暂存的负尖峰过电压能量释放掉。

本实施例中，第三开关管IGBT3和第四开关管IGBT4还分别并联有吸收电路，该结构已为本领域技术人员所了解，这里不再赘述。

本实施例尖峰过电压消除装置消除系统电源的负尖峰过电压的工作过程为：

1、尖峰过电压消除装置进行启动控制，启动控制完成后，第二电容C2保持正弦波负最大值，称之为第二标准电压V2。

2、在系统电源负半周，控制器1向第三与门AND3发送允许命令。当系统电源的负尖峰过电压到来时，经分压电阻R_A3和R_B3分压得到的系统电源测量电压将小于Vb2基准电压。第三比较器P3通过比较判断出系统电源测量电压小于Vb2基准电压后，第三比较器P3发送充电控制信号(如高电平)。第三与门AND3接收到第三比较器P3发送的充电控制信号和控制器1发送的允许指令后，在驱动电路作用下控制第三开关管IGBT3导通，系统电源的负尖峰过电压向第二电容C2充电，负尖峰能量被暂存入第二电容C2。当系统电源的尖峰过电压过后，经分压电阻R_A3和R_B3分压得到的系统电源测量电压将大于或等于Vb2基准电压。第三比较器P3通过比较判断出系统电源测量电压大于或等于Vb2基准电压后，第三比较器P3发送停止控制信号(如低电平)。第三与门AND3接收到第三比较器P3发送的停止控制信号后，在驱动电路作用下控制第三开关管IGBT3断开，第二电容C2停止充电。

3、在系统电源正半周，控制器1向第四与门AND4发送允许命令。由于第二电容C2暂存有负尖峰能量，经分压电阻R_A4和R_B4分压得到的第二电容测量电压将小于Vb2基准电压。第四比较器P4通过比较判断出第二电容测量电压小于Vb2基准电压后，第四比较器P4发送放电控制信号(如高电平)。第四与门AND4接收到第四比较器P4发送的放电控制信号和控制器1发送的允许指令后，在驱动电路作用下控制第四开关管IGBT4导通，第二电容C2对第二放电电阻R_AB2放电。这样，暂存在第二电容C2内的负尖峰能量被第二放电电阻R_AB2消耗掉。当第二电容C2放电到第二标准电压V2时，经分压电阻R_A4和R_B4分压得到的第二电容测量电压将大于或等于Vb2基准电压。第四比较器P4通过比较判断出第二电容测量电压大于或等于Vb2基准电压后，第四比较器P4发送停止控制信号(如低电平)。第四与门AND4接收到第四比较器P4发送的停止控制信号后，在驱动电路作用下控制第四开关管IGBT4断开，第二电容C2停止放电。此时，第二电容C2保持第二标准电压V2。

由此可见，当系统电源处于负半周时，负尖峰过电压能量被累积存入第二电容C2，当系统电源处于正半周时，存入第二电容C2的负尖峰能量被第二放电电阻R_AB2消耗掉。在控制器的控制下，本实施例尖峰过电压消除装置通过周而复始的尖峰过电压消除过程，有效消除了系统电源的负尖峰过电压。同时，本实施例具有功耗低、体积小、重量轻、成本低等优点。

第四实施例

图7为本发明尖峰过电压消除装置第四实施例的结构示意图，用于消除系统电源的负尖峰过电压。本实施例的主体结构与前述第三实施例的技术方案基本相同，所不同的是，本实施例的第二基准单元为具有2个基准电压输出端的第二选择开关，第二选择开关与控制器1连接，用于根据控制器1的控制分别提供0V基准电压或Vb2基准电压。本实施例通过设置第二选择开关，在实现第三实施例将负向尖峰过电压消除的同时，还实现了负向尖峰过电压消除的启动控制。

本实施例尖峰过电压消除装置进行启动控制的工作过程为：

控制器1控制第二选择开关选择0V基准电压。当系统电源负半周到来时，经分压电阻R_A3和R_B3分压得到的系统电源测量电压将小于0V基准电压。第三比较器P3通过比较判断出系统电源测量电压小于0V基准电压后，第三比较器P3发送充电控制信号(如高电平)。控制器1向第三与门AND3发送允许命令，第三与门AND3接收到第三比较器P3发送的充电控制信号和控制器1发送的允许指令后，在驱动电路作用下控制第三开关管IGBT3导通，系统电源对第二电容C2按正弦波电压充电。当第二电容C2充电到正弦波负最大值时，控制器1向第三与门AND3发出禁止命令，停止第二电容C2充电。同时，控制器1控制第二选择开关选择Vb2基准电压，至此完成本实施例尖峰过电压消除的启动控制。此时，第二电容C2保持正弦波负最大值，称之为第二标准电压V2。

第五实施例

图8为本发明尖峰过电压消除装置第五实施例的结构示意图，用于同时消除系统电源的正尖峰过电压和负尖峰过电压。

如图8所示，本实施例是前述第二实施例和第四实施例的组合结构。有关本实施例的结构已在第二和第四实施例中详细说明，这里不再赘述。

本实施例尖峰过电压消除装置消除系统电源尖峰过电压的工作过程为：

1、正向尖峰过电压消除的启动控制

控制器1控制第一选择开关选择0V基准电压。当系统电源正半周到来时，经分压电阻R_A1和R_B1分压得到的系统电源测量端输出的系统电源测量电压将大于0V基准电压。第一比较器P1通过比较判断出系统电源测量电压大于0V基准电压后，第一比较器P1发送充电控制信号。控制器1向第一与门AND1发送允许命令，第一与门AND1接收到第一比较器P1发送的充电控制信号和控制器1发送的允许指令后，在驱动电路作用下控制第一开关管IGBT1导通，系统电源对第一电容C1按正弦波电压充电。当第一电容C1充电到正弦波正最大值时，控制器1向第一与门AND1发出禁止命令，停止第一电容C1充电。同时，控制器1控制第一选择开关选择Vb1基准电压，至此完成本实施例尖峰过电压消除的启动控制。此时，第一电容C1保持正弦波正最大值，称之为第一标准电压V1。

2、负向尖峰过电压消除的启动控制

控制器1控制第二选择开关选择0V基准电压。当系统电源负半周到来时，经分压电阻R_A3和R_B3分压得到的系统电源测量端输出的系统电源测量电压将小于0V基准电压。第三比较器P3通过比较判断出系统电源测量电压小于0V基准电压后，第三比较器P3发送充电控制信号。控制器1向第三与门AND3发送允许命令，第三与门AND3接收到第三比较器P3发送的充电控制信号和控制器1发送的允许指令后，在驱动电路作用下控制第三开关管IGBT3导通，系统电源对第二电容C2按正弦波电压充电。当第二电容C2充电到正弦波负最大值时，控制器1向第三与门AND3发出禁止命令，停止第二电容C2充电。同时，控制器1控制第二选择开关选择Vb2基准电压，至此完成本实施例尖峰过电压消除的启动控制。此时，第二电容C2保持正弦波负最大值，称之为第二标准电压V2。

3、将正尖峰能量暂存入第一电容C1

在系统电源正半周，控制器1向第一与门AND1发送允许命令。当系统电源的正尖峰过电压到来时，经分压电阻R_A1和R_B1分压得到的系统电源测量端输出的系统电源测量电压将大于Vb1基准电压。第一比较器P1通过比较判断出系统电源测量电压大于Vb1基准电压后，第一比较器P1发送充电控制信号。第一与门AND1接收到第一比较器P1发送的充电控制信号和控制器1发送的允许指令后，在驱动电路作用下控制第一开关管IGBT1导通，系统电源的正尖峰过电压向第一电容C1充电，正尖峰能量被暂存入第一电容C1。当系统电源的尖峰过电压过后，经分压电阻R_A1和R_B1分压得到的系统电源测量电压将小于或等于Vb1基准电压。第一比较器P1通过比较判断出系统电源测量电压小于或等于Vb1基准电压后，第一比较器P1发送停止控制信号。第一与门AND1接收到第一比较器P1发送的停止控制信号后，在驱动电路作用下控制第一开关管IGBT1断开，第一电容C1停止充电。

4、将负尖峰能量暂存入第二电容C2

在系统电源负半周，控制器1向第三与门AND3发送允许命令。当系统电源的负尖峰过电压到来时，经分压电阻R_A3和R_B3分压得到的系统电源测量端输出的系统电源测量电压将小于Vb2基准电压。第三比较器P3通过比较判断出系统电源测量电压小于Vb2基准电压后，第三比较器P3发送充电控制信号。第三与门AND3接收到第三比较器P3发送的充电控制信号和控制器1发送的允许指令后，在驱动电路作用下控制第三开关管IGBT3导通，系统电源的负尖峰过电压向第二电容C2充电，负尖峰能量被暂存入第二电容C2。当系统电源的尖峰过电压过后，经分压电阻R_A3和R_B3分压得到的系统电源测量电压将大于或等于Vb2基准电压。第三比较器P3通过比较判断出系统电源测量电压大于或等于Vb2基准电压后，第三比较器P3发送停止控制信号。第三与门AND3接收到第三比较器P3发送的停止控制信号后，在驱动电路作用下控制第三开关管IGBT3断开，第二电容C2停止充电。

5、第一电容C1电压平衡控制

在系统电源负半周，控制器1向第二与门AND2发送允许命令。由于第一电容C1暂存有正尖峰能量，经分压电阻R_A2和R_B2分压得到的存储测量端输出的第一电容测量电压将大于Vb1基准电压。第二比较器P2通过比较判断出第一电容测量电压大于Vb1基准电压后，第二比较器P2发送放电控制信号。第二与门AND2接收到第二比较器P2发送的放电控制信号和控制器1发送的允许指令后，在驱动电路作用下控制第二开关管IGBT2导通，第一电容C1对第一放电电阻R_AB1放电。这样，暂存在第一电容C1内的正尖峰能量被第一放电电阻R_AB1消耗掉。当第一电容C1放电到第一标准电压V1时，经分压电阻R_A2和R_B2分压得到的第一电容测量电压将小于或等于Vb1基准电压。第二比较器P2通过比较判断出第一电容测量电压小于或等于Vb1基准电压后，第二比较器P2发送停止控制信号。第二与门AND2接收到第二比较器P2发送的停止控制信号后，在驱动电路作用下控制第二开关管IGBT2断开，第一电容C1停止放电。此时，第一电容C1保持第一标准电压V1。

6、第二电容C2电压平衡控制

在系统电源正半周，控制器1向第四与门AND4发送允许命令。由于第二电容C2暂存有负尖峰能量，经分压电阻R_A4和R_B4分压得到的存储测量端输出的第二电容测量电压将小于Vb2基准电压。第四比较器P4通过比较判断出第二电容测量电压小于Vb2基准电压后，第四比较器P4发送放电控制信号。第四与门AND4接收到第四比较器P4发送的放电控制信号和控制器1发送的允许指令后，在驱动电路作用下控制第四开关管IGBT4导通，第二电容C2对第二放电电阻R_AB2放电。这样，暂存在第二电容C2内的负尖峰能量被第二放电电阻R_AB2消耗掉。当第二电容C2放电到第二标准电压V2时，经分压电阻R_A4和R_B4分压得到的第二电容测量电压将大于或等于Vb2基准电压。第四比较器P4通过比较判断出第二电容测量电压大于或等于Vb2基准电压后，第四比较器P4发送停止控制信号。第四与门AND4接收到第四比较器P4发送的停止控制信号后，在驱动电路作用下控制第四开关管IGBT4断开，第二电容C2停止放电。此时，第二电容C2保持第二标准电压V2。

由此可见，当系统电源处于正半波时，正尖峰过电压能量被累计存入第一电容C1，同时负尖峰能量被第二放电电阻R_AB2消耗掉；当系统电源处于负半波时，负尖峰过电压能量被累计存入第二电容C2，同时正尖峰能量被第一放电电阻R_AB1消耗掉。在控制器的控制下，本实施例尖峰过电压消除装置通过周而复始的尖峰过电压消除过程，有效消除了系统电源的正尖峰过电压和负尖峰过电压。同时，本实施例具有功耗低、体积小、重量轻、成本低等优点。

第六实施例

图9为本发明尖峰过电压消除装置第六实施例的结构示意图。如图9所示，本实施例中，三相50Hz或60Hz的交流电源，经过变频器后得到所需频率，将三台本发明尖峰过电压消除装置分别安装在电动机的电源输入端，即设置在电动机附近的AB相、BC相和AC相电压之间，通过本发明尖峰过电压消除装置周而复始的尖峰过电压消除过程，有效消除三相交流电源的尖峰过电压。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

本发明得到国家高技术研究发展计划(863计划)支持，项目名称为：高效节能环保原油混沌脉冲电脱水器产业化关键技术研究，项目编号为：2007AA05Z230。本发明得到北京市教育委员会共建项目专项资助。本发明得到中国石油大学(北京)前瞻导向项目资助，批准号为：2010QZ03。

Claims

1.一种尖峰过电压消除装置，其特征在于，包括：

存储器，用于暂存系统电源的尖峰过电压能量；

2.如权利要求1所述的尖峰过电压消除装置，其特征在于，所述充电器包括：

第一基准单元，用于提供基准电压；

3.如权利要求1所述的尖峰过电压消除装置，其特征在于，所述放电器包括：

第二基准单元，用于提供基准电压；

4.如权利要求2所述的尖峰过电压消除装置，其特征在于，所述第一测量单元包括串接的两个分压电阻和设置在两个分压电阻之间的系统电源测量端，所述两个分压电阻设置在系统电源之间，所述系统电源测量端用于输出系统电源测量电压；所述第一基准单元为基准电压输出端，用于提供基准电压；所述第一比较单元为第一比较器，第一比较器的一个输入端与所述系统电源测量端连接，另一个输入端与所述基准电压输出端连接，所述第一比较器根据所述系统电源测量电压和基准电压的比较结果发送充电控制信号。

5.如权利要求4所述的尖峰过电压消除装置，其特征在于，所述第一开关单元包括第一与门和第一开关管，所述第一与门的一个输入端与所述第一比较器的输出端连接，接收第一比较器发送的充电控制信号，另一个输入端与所述控制器连接，接收控制器发送的指令，所述第一与门的输出端与所述第一开关管的控制端连接；所述存储器为电容，所述电容与所述第一开关管串接并设置在系统电源之间；当第一比较器发送充电控制信号且控制器发送允许命令时，所述第一开关管导通，使系统电源的尖峰过电压对电容充电，将系统电源的尖峰过电压能量暂存入电容。

6.如权利要求2所述的尖峰过电压消除装置，其特征在于，所述第一基准单元与所述控制器连接，用于根据所述控制器的指令提供基准电压。

7.如权利要求6所述的尖峰过电压消除装置，其特征在于，所述第一基准单元为具有2个基准电压输出端的选择开关，所述选择开关与控制器连接，用于根据所述控制器的控制分别提供0V基准电压或Vb基准电压，所述Vb基准电压是对应于系统电源正弦波正最大值或负最大值的测量电压。

8.如权利要求3所述的尖峰过电压消除装置，其特征在于，所述存储器为电容；所述第二测量单元包括串接的两个分压电阻和设置在两个分压电阻之间的存储测量端，所述两个分压电阻与所述电容并联，所述存储测量端用于输出电容测量电压；所述第二基准单元为基准电压输出端，用于提供基准电压；所述第二比较单元为第二比较器，第二比较器的一个输入端与存储测量端连接，另一个输入端与所述基准电压输出端连接，所述第二比较器根据所述电容测量电压和基准电压的比较结果发送放电控制信号。

9.如权利要求8所述的尖峰过电压消除装置，其特征在于，所述第二开关单元包括第二与门、第二开关管和放电电阻，所述第二与门的一个输入端与所述第二比较器的输出端连接，接收第二比较器发送的放电控制信号，另一个输入端与所述控制器连接，接收控制器发送的指令，所述第二与门的输出端与所述第二开关管的控制端连接，串接的所述第二开关管和放电电阻与所述电容并联；当第二比较器发送放电控制信号且控制器发送允许命令时，所述第二开关管导通，使电容对放电电阻放电，将电容暂存的尖峰过电压能量释放。

10.如权利要求1～9任一所述的尖峰过电压消除装置，其特征在于，所述尖峰过电压包括正尖峰过电压和/或负尖峰过电压。