CN102901574A - 一种适用于高压固态软起动器在线温度检测电路 - Google Patents

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Abstract

本发明的名称为一种适用于高压固态软起动器在线温度检测电路。属于高压电动机起动技术领域。它主要是解决现有温度保护技术仅设置起动器每次起动时间间隔的方式来实现晶闸管的温度保护而无法满足现场需求的问题。它的主要特征是：包括由依次连接的温度信号采集电路、电压放大电路、电压/频率转换电路和光纤发射电路构成的高压侧检测电路；由依次连接的光纤接收电路、频率/电压转换电路构成的低压侧转换电路；高压侧检测电路中的光纤发射电路与低压侧转换电路的光纤接收电路之间采用光纤连接。本发明具有较高性价比，其V/F光纤传输系统具有远距离、抗干扰、线性精度高、性能优越等特点，主要用于高压电动机起动设备中晶闸管的在线温度检测。

Description

一种适用于高压固态软起动器在线温度检测电路
技术领域
本发明属于高压电动机起动技术领域。具体涉及一种适用于高压电动机起动设备的晶闸管在线温度检测电路。
背景技术
目前国内外高压固态软起动器中核心部件普遍使用是晶闸管，降低晶闸管的损坏机率是提高高压固态软起动器可靠性的重要途径。晶闸管内部具有三个PN结，其工作时，由于载流子（电子和空穴）的运动，PN结会发热造成温度上升，当PN结的温度高到一定的温度时，因为P型和N型半导体的变化会使PN结的势垒区消失，也就是使得晶闸管失去其正常的功能。对硅材料半导体来说，最高结温一般在150度左右。在高压电动机的起动过程中起动电流流过晶闸管后必然使晶闸管的PN结的温度升高，现有温度保护技术仅设置起动器每次起动时间间隔的方式来实现晶闸管的温度保护，其无法满足现场需求，为了避免晶闸管在多次起动的温升超过最大允许温度值从而确保高压固态软起动器的可靠性，为了做到这一点，必须及时而准确地检测高压环境中晶闸管的温度值。本电路设计就是用于满足这种需要的。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术中的不足，提供一种高压固态软起动器的串并联晶闸管的温度在线检测电路，该电路对高压环境下的晶闸管工作温度进行在线检测并保证晶闸管的温度在正常范围内。
本发明的解决方案是：一种适用于高压固态软起动器在线温度检测电路，其特征在于：包括由依次连接的温度信号采集电路、电压放大电路、电压/频率转换电路和光纤发射电路构成的高压侧检测电路；由依次连接的光纤接收电路、频率/电压转换电路构成的低压侧转换电路；高压侧检测电路中的光纤发射电路与低压侧转换电路的光纤接收电路之间采用光纤连接。
本发明的技术解决方案中所述的温度信号采集电路由设置在待测晶闸管散热器上的温度传感器构成。
本发明的技术解决方案中所述的电压放大电路由运算放大器及外部电阻构成。
本发明的技术解决方案中所述的电压/频率转换电路由V/F和F/V转换单片集成芯片及其与外围的电阻、电容组成的输入信号低通滤波电路，与外围的电阻组成的增益调节转换电路，与外围的电阻、电容组成的自激振荡电路构成。
本发明的技术解决方案中所述的光纤发射电路由光纤发射头及外部电阻构成。
本发明的技术解决方案中所述的光纤接收电路由光纤接收头构成。
本发明的技术解决方案中所述的频率/电压转换电路由V/F和F/V转换单片集成芯片及其与外围的电阻、电容组成的微分网络电路，与外围的电阻、电容组成的充放电电路，与外围的电阻、电容组成的输出信号低通滤波电路构成。
本发明的机理为温度信号经温度传感器转换成电压小信号，电压小信号经电压放大电路放大后再经电压/频率转换电路转换成频率信号，即由V/F和F/V转换单片集成芯片驱动光纤发射电路内部的LED，将电信号转换为光信号，然后，通过光纤传输进入光纤接收电路，之后以光纤接收头内部电路放大为频率电信号，最后，由V/F和F/V转换单片集成芯片及外部电路组成转换电路将频率信号恢复为模拟小信号，实现温度信号的高精度传输。
本发明的有益效果是：该技术方案利用光纤具有高绝缘、安全性高、抗干扰性高等特点，实现了高压运行环境下的晶闸管温度信号向低压侧A/D模数电路进行信号准确、安全的信号传输，其提升了高压固态软起动器内部CPU实时检测温度的能力，减少了温度原因对晶闸管损坏的影响。
本发明具有较高性价比温度传输检测方案，其V/F光纤传输系统具有远距离、抗干扰、线性精度高、性能优越等特点。本发明主要用于高压电动机起动设备中晶闸管的在线温度检测。
附图说明
图1为本发明的电路整体方框示意图。
图2为本发明的低压侧转换电路原理图。
图3为本发明的高压侧检测电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
整体方框示意图如图1所示。温度传感器1、电压放大电路2、电压/频率转换电路3、光纤发射电路4、光纤接收电路5、频率/电压转换电路6、A/D电路7依次连接。本发明按高低压隔离设计在两块电路板上，其中温度传感器、电压放大电路、电压/频率转换电路、光纤发射电路位于高压侧电路板上，光纤接收电路、频率/电压转换电路、A/D电路位于低压部分的电路板上。
高压侧检测电路如图3所示。温度信号采集电路1由安装在晶闸管的散热器上的温度传感器U1构成，温度传感器U1第2脚接电源V+,第1脚接运算放大器U2B正极，其电压检测信号送往电压放大电路2。电压放大电路2由LM358运算放大器U2B、电阻R1、 R2组成，电阻R1一端接运算放大器U2B输入，另一端接电源地GND1，电阻R2的一端接运算放大器U2B的第6脚，另一端接运算放大器U2B的第7脚。电压/频率转换电路3由LM231V/F和F/V转换单片集成芯片U3及外部元器件组成。其中，V/F和F/V转换单片集成芯片U3的第7脚与电阻R3、电容C1组成输入信号低通滤波电路；V/F和F/V转换单片集成芯片U3第2脚与电阻R4的一端、电阻Rs1一端组成增益调节转换电路；电阻R7一端、电容C3一端、电阻R8一端一起接电阻R9一端；电阻R7另一端、电容C3另一端一起与U3的第1、7脚相连，电位器的Rs1的两端接电源V+及电源地GND1，Rs1中点抽头接电阻R9；R8的另一端接电源地；V/F和F/V转换单片集成芯片U3第5脚与电阻R5一端、电容C2一端组成自激振荡电路；电阻R5另一端接电源V+,电容C2另一端接电源地GND1；电阻R6一端接电源V+，R6另一端接V/F和F/V转换单片集成芯片U3第3脚。光纤发射电路4由HFBR-T1521Z光纤发射头HR构成，电源V+通过电阻R10与光纤发射头HR一端相连，光纤发射头HR另一端接V/F和F/V转换单片集成芯片U3的第3脚，其通过光纤发射头将光发射到光纤8内部。
散热器上的温度传感器U1取得温度转换电压小信号，通过电压放大电路2将温度转换电压小信号转换成电压/频率转换所需的输入电压信号（0~5V），输入电压信号经过输入信号低通滤波电路送入V/F和F/V转换单片集成芯片U3, 由电阻R7、电容C3、电阻R9、RS2、R8组成调制电路与输入电压信号比较，转换后输出频率的范围为10HZ~11kHZ，通过参考电流端外接的可调电阻Rs1可获得较大的测量范围，其频率信号通过电源v+、电阻R10、光纤发射头HR内LED转换成光信号送入光纤8内。
低压侧转换电路如图2所示。光纤接收电路5由HFBR-R1521Z光纤接收头HL构成，光纤接收头HL的第1、4脚相输出频率信号，光纤接收头HL的第2、3脚相分别低压侧电源VCC及电源地gnd。频率/电压转换电路由LM231V/F和F/V转换单片集成芯片U5及其外围元器件构成。V/F和F/V转换单片集成芯片U5与外围的电容C5、电阻R11组成的微分网络电路；V/F和F/V转换单片集成芯片U5与外围的电容C7、电阻R16组成的充放电电路；V/F和F/V转换单片集成芯片U5与外围的电容C6、电阻R15组成的输出信号低通滤波电路。
光信号通过光纤传输送到低压侧的光纤接收头HL，再经光纤接收头HL内的三极管将光信号转换成频率范围为10HZ~11kHZ的脉冲信号，输入脉冲信号经过电容C5、电阻R11组成的微分网络进入V/F和F/V转换单片集成芯片U5，经过内部比较器、触发器以及由电容C7、电阻R16组成充放电电路，当充放电平衡时输出电压信号，然后，转换后的电压信号（0~5V）通过电容C6、电阻R15组成的低通滤波电路进行滤波后送入单片机的A/D转换电路，实现高压电动机起动设备的晶闸管在线温度检测。

Claims (7)

1.一种适用于高压固态软起动器在线温度检测电路，其特征在于：包括由依次连接的温度信号采集电路、电压放大电路、电压/频率转换电路和光纤发射电路构成的高压侧检测电路；由依次连接的光纤接收电路、频率/电压转换电路构成的低压侧转换电路；高压侧检测电路中的光纤发射电路与低压侧转换电路的光纤接收电路之间采用光纤连接。
2.根据权利要求1所述的一种适用于高压固态软起动器在线温度检测电路，其特征在于：所述的温度信号采集电路由设置在待测晶闸管散热器上的温度传感器构成。
3.根据权利要求1或2所述的一种适用于高压固态软起动器在线温度检测电路，其特征在于：所述的电压放大电路由运算放大器及外部电阻构成。
4.根据权利要求1或2所述的一种适用于高压固态软起动器在线温度检测电路，其特征在于：所述的电压/频率转换电路由V/F和F/V转换单片集成芯片及其与外围的电阻、电容组成的输入信号低通滤波电路，与外围的电阻组成的增益调节转换电路，与外围的电阻、电容组成的自激振荡电路。
5.根据权利要求1或2所述的一种适用于高压固态软起动器在线温度检测电路，其特征在于：所述的光纤发射电路由光纤发射头及外部电阻构成。
6.根据权利要求1或2所述的一种适用于高压固态软起动器在线温度检测电路，其特征在于：所述的光纤接收电路由光纤接收头构成。
7.根据权利要求1或2所述的一种适用于高压固态软起动器在线温度检测电路，其特征在于：所述的频率/电压转换电路由V/F和F/V转换单片集成芯片及其与外围的电阻、电容组成的微分网络电路，与外围的电阻、电容组成的充放电电路，与外围的电阻、电容组成的输出信号低通滤波电路。
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