CN103001189B - 一种变流器过压、过流故障报警保护电路 - Google Patents
一种变流器过压、过流故障报警保护电路 Download PDFInfo
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Abstract
一种变流器过压、过流故障报警保护电路，属于变流器技术领域。包括：电压基准源电路 、直流电压故障报警电路、直流电流故障报警电路、三相交流电压故障报警电路、三相交流电流故障报警电路、故障信号锁存和处理电路。电压基准源电路分别与直流电压故障报警电路、直流电流故障报警电路、三相交流电压故障报警电路、三相交流电流故障报警电路相连，为其提供基准电压。直流电压故障报警电路、直流电流故障报警电路、三相交流电压故障报警电路、三相交流电流故障报警电路与故障信号锁存和处理电路相连。该电路不通过CPU控制，自动启动保护机制，在CPU失效情况下也能启动保护作用，并且反应速度快，对变流器自身和外部设备起到有效的保护作用。
Description
技术领域
本发明属于变流器技术领域，特别是提供了一种变流器过压、过流故障报警保护电路。
背景技术
随着电力电子技术的发展，变流器的应用日益广泛，如光伏逆变器等，变流器在运行中，由于电网原因、负载原因或者变流器自身的原因，导致电流、电压远远超过额定运行范围，在这种情况下，变流器自身要迅速做出反应，关闭变流器，以免造成变流器功率器件如IGBT、电容等的损坏，由于变流器的微控制器有死机的可能，并且微控制的反应较慢。为了应对这种突发的、快速的过电流、过电压，设计了变流器过电压、过流故障报警保护电路，出现过电流、过电压的情况，电路可以迅速反应，关闭变流器并报警，有效保护变流器自身及外部设备。该电路利用硬件电路检测直流电压、直流电流、交流电压、交流电流，当电压、电流超出正常的工作电压范围后，内快速检测，发出报警信号，并迅速关闭变流器。此变流器过压、过流故障报警保护电路，不通过CPU控制，自动启动保护机制，在CPU失效情况下也能启动保护作用，并且反应速度快，对变流器自身和外部设备起到有效的保护作用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种变流器过压、过流故障报警保护电路，可快速的反应，保护变流器本身和外部设备不受损坏。
本发明包括：电压基准源电路 1、直流电压故障报警电路2、直流电流故障报警电路3、三相交流电压故障报警电路4、三相交流电流故障报警电路5、故障信号锁存和处理电路6。其中电压基准源电路1分别与直流电压故障报警电路2、直流电流故障报警电路3、三相交流电压故障报警电路4、三相交流电流故障报警电路5相连，为其提供基准电压。直流电压故障报警电路2、直流电流故障报警电路3、三相交流电压故障报警电路4、三相交流电流故障报警电路5与故障信号锁存和处理电路6相连。
本发明所述的电压基准源电路1由1个电压基准源芯片和1个运算放大器组成。电压基准源芯片提供精确的2.5V电压，2.5V电压经过1个运算放大器放大2倍，得到5V基准电压。
本发明所述的直流电压故障报警电路2由1个运输放大器、5个电阻和1个滑动变阻器组成。在直流电压工作正常，电压没有超过设定值时，运输放大器的输出为高电平；当直流电压信号高于设置电压时，运输放大器输出为低电平。设置电压由电位器调整，根据需要保护的电压等级调整电位器，可调整设定电压值。
所述的直流电流故障报警电路3由直流电流信号处理电路7和直流电流设定电路8组成。直流电流信号处理电路7与直流电流设定电路8相连。其中直流电流信号处理电路7，由信号处理和比较电路构成，直流电流信号，经过运输放大器，放大到合适的电压范围后，经过比较电路输出。当直流电流在正常的电流范围内时，比较器输出高电平；当直流电流超过设定电流值时，输出为低电平。直流电流设定电路8由2个电阻、2个电容和1个滑动变阻器组成。5V的基准电压，经过2个电阻和一个电位器分压，手动调节滑动变阻器可调整参考电压值，即可调整直流电流的设定值。
所述的三相交流电压故障报警电路4由A相交流电压处理电路9、B相交流电压处理电路10、C相交流电压处理电路11和交流电压设定电路12组成。A相交流电压处理电路9、B相交流电压处理电路10、C相交流电压处理电路11分别与交流电压设定电路12相连。其中，A相交流电压处理电路9、B相交流电压处理电路10和C相交流电压处理电路11电路结构相同。以A相交流电压处理电路9为例，均由信号放大电路和信号比较电路组成，信号放大电流将交流电压信号放大到-2V～2V范围内。信号比较电路将交流电压信号与交流电压设定电路12设定的电压值比较。当交流电压在正常工作范围时，比较器输出高电平；当交流电压超出正常工作范围时，比较器输出为低电平，产生报警信号。交流电压设定电路12由2个电阻、2个电容和一个电位器组成。5V的基准电压，经过2个电阻和1个滑动变阻器分压。通过手动调节滑动变阻器调整参考电压值，即可调整交流电压的设定值。
所述的三相交流电流故障报警电路5由A相交流电流处理电路13、B相交流电流处理电路14、C相交流电流处理电路15和交流电流设定电路16组成。A相交流电流处理电路13、B相交流电流处理电路14、C相交流电流处理电路15分别与交流电流设定电路16相连。其中，A相交流电流处理电路13、B相交流电流处理电路14和C相交流电流处理电路15电路结构相同。以A相交流电流处理电路13为例，由信号放大电路和信号比较电路组成，信号放大电流将交流电压信号放大到-2V～2V范围内。信号比较电路将交流电流信号与交流电流设定电路16设定的电压值比较。当交流电流在正常工作范围时，信号比较电路输出高电平；当交流电流超出正常工作范围时，信号比较电路输出为低电平，产生报警信号；交流电流设定电路（16）由2个电阻、2个电容和一个电位器组成；5V的基准电压，经过2个电阻和1个滑动变阻器分压，手动调节滑动变阻器可调整参考电压值，即可调整交流电流的设定值。
所述的故障信号锁存和处理电路6由有源时钟芯片和一片可编程逻辑阵列CPLD组成，可编程逻辑阵列，通过编程实现任意的数字逻辑，上述的直流过压保护电路2、直流过流保护电路3、交流过压保护电路4、交流过流保护电路5中，当电压、电流超出设定范围时，输出由高电平变为低电平；由于交流电压、交流电流是周期性的信号，当电压、电流超出量程时，为了能立刻把过压、过流的状态锁存，这样一旦捕捉到电压、电流超出量程，就会保护起作用报警，直到故障解除，由系统复位后才能使故障复位。
该电路利用硬件电路检测直流电压、直流电流、交流电压、交流电流，当电压、电流超出正常的工作电压范围后，内快速检测，发出报警信号，并迅速关闭变流器。此变流器过压、过流故障报警保护电路，不通过CPU控制，自动启动保护机制，在CPU失效情况下也能启动保护作用，并且反应速度快，对变流器自身和外部设备起到有效的保护作用。
附图说明
图1为本发明的电路结构。其中，电压基准源电路 1、直流电压故障报警电路2、直流电流故障报警电路3、三相交流电压故障报警电路4、三相交流电流故障报警电路5、故障信号锁存和处理电路6。
图2为本发明的电压参考源和直流电压、直流电流故障报警电路。其中，电压基准源电路 1、直流电压故障报警电路2、直流电流故障报警电路3、直流电流信号处理电路7、直流电流设定电路8。
图3为本发明的三相交流电压故障报警电路。其中，A相交流电压处理电路9、B相交流电压处理电路10、C相交流电压处理电路11、交流电压设定电路12。
图4为本发明的三相交流电流故障报警电路。其中， A相交流电流处理电路13、B相交流电流处理电路14、C相交流电流处理电路15、交流电流设定电路16。
图5为本发明的故障信号锁存和处理电路。
具体实施方式
为了更为具体地描述本发明，下面结合附图及实施例对本发明的技术方案及其相关原理进行详细说明。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明清楚的解释。本发明不限于下面提出的任何具体配置，而是在不脱离本发明精神的前提下覆盖了相关元件的任何修改、替换、改进。
如图1所示，本发明包括电压基准源电路 1、直流电压故障报警电路2、直流电流故障报警电路3、三相交流电压故障报警电路4、三相交流电流故障报警电路5、故障信号锁存和处理电路6。其中电压基准源电路1分别与直流电压故障报警电路2、直流电流故障报警电路3、三相交流电压故障报警电路4、三相交流电流故障报警电路5相连，为其提供基准电压。直流电压故障报警电路2、直流电流故障报警电路3、三相交流电压故障报警电路4、三相交流电流故障报警电路5与故障信号锁存和处理电路6相连。
如图2所述，所述的电压基准源电路1，由基准源芯片和运算放大器构成。 U11与R49相连，R49、R52、R53与U13B相连。芯片U11提供2.5V基准电压，运输放大器U13B将2.5V放大2倍得到5V基准电压。R49、R52和R53为运算放大器的外围电路。
所述的直流电压故障报警电路2，由放大器U12A，可调电位器RK3，电阻R41、R42、R47、R50构成滞环比较器，。直流电压工作正常是，放大器输出TS12为高电平；直流电压超出设定值时，放大器输出TS12为低电平，产生报警信号。调节电位器PK3，可调节设定电压值。
所述的直流电流故障报警电路3，由直流电流信号处理电路7和直流电流设定电路8组成。直流电流信号处理电路7和直流电流设定电路8相连。直流电流处理电路7，由放大器U13A，电阻R43、R44、R45、R48，电容C17构成放大电路，将直流电流IDC放大到-2V~2V，电容C17起滤波作用。R51和C18组成一阶滤波器，对放大后信号滤波。放大器U5A、U5B组成比较器，R56起上拉作用，正常电流输出高电平，电流超过限值，输出低电平。直流电流设定电路8由电阻R54、R55，电容C19、C20和电位器RK4组成。5V的基准电压，经过电阻R54、RK4、R55分压，调整电位器RK4，可调整参考电压值TS13、TS14，即可调整直流电流的设定值。
如图3所示，所述的三相交流电压故障报警电路4，由A相交流电压处理电路9、B相交流电压处理电路10、C相交流电压处理电路11和交流电压设定电路12组成。A相交流电压处理电路9、B相交流电压处理电路10、C相交流电压处理电路11分别与交流电压设定电路12相连。其中，A相交流电压处理电路9、B相交流电压处理电路10和C相交流电压处理电路11电路结构相同。以A相交流电压处理电路9为例，放大器U10A，电阻R22、R25、R28、R33，电容C11组成放大电路，将电压信号放大到-2V~2V范围。R36和C15组成一阶滤波器，对放大后的信号进行滤波。放大器U2A、U2B和电阻R39组成比较电路，比较参考值UREFH、UREFL由交流电压设定电路12提供。交流电压在正常工作电压范围内时，比较器电路输出为高电平；交流电压超出正常工作电压范围，比较器输出为低电平，输出报警信号。交流电压设定电路12，由电阻R30、R31，电容C9、C13，可调电位器RK2组成，调整RK2可调整UREFH、UREFL，从而调整交流电压的设定值。
如图4所示，所述的三相交流电流故障报警电路5，由A相交流电流处理电路13、B相交流电流处理电路14、C相交流电流处理电路15和交流电流设定电路16组成。A相交流电流处理电路13、B相交流电流处理电路14、C相交流电流处理电路15分别与交流电流设定电路16相连。其中，A相交流电流处理电路13、B相交流电流处理电路14和C相交流电流处理电路15电路结构相同。以A相交流电流处理电路13为例，放大器U8A，电阻R1、R4、R7、R12，电容C2组成放大电路，将电压信号放大到-2V~2V范围。R15和C6组成一阶滤波器，对放大后的信号进行滤波。放大器U1A、U1B和电阻R18组成比较电路，比较参考值IREFH、IREFL由交流电流设定电路16提供。交流电流在正常工作电流范围内时，比较器电路输出为高电平；交流电流超出正常工作电流范围，比较器输出为低电平，输出报警信号。交流电流设定电路16，由电阻R10、R11，电容C1、C5，可调电位器RK1组成，调整RK1可调整IREFH、IREFL，从而调整交流电流的设定值。
如图5所示，所述的故障信号锁存和处理电路6，由有源时钟芯片Y2和一片可编程逻辑阵列U14组成，可编程逻辑阵列，通过编程实现任意的数字逻辑。系统复位信号#SYS_RST、UDC_OV、IDC_OV、UA_OV、UB_OV、UC_OV、IA_OV、IB_OV和IC_OV为可编程阵列的输入信号，CLOSE_CONVERTOR为可编程逻辑的输出信号，UDC_OV、IDC_OV、UA_OV、UB_OV、UC_OV、IA_OV、IB_OV和IC_OV中的任何一个信号输出为低电平，CLOSE_CONVERTOR发出信号关闭变流器，并且只有系统复位信号#SYS_RST，给出复位电平后，CLOSE_CONVERTOR才会复位，确保故障排除。
Claims (6)
1.一种变流器过压、过流故障报警保护电路，其特征在于，包括：电压基准源电路(1)、直流电压故障报警电路(2)、直流电流故障报警电路(3)、三相交流电压故障报警电路(4)、三相交流电流故障报警电路(5)、故障信号锁存和处理电路(6)；电压基准源电路(1)分别与直流电压故障报警电路(2)、直流电流故障报警电路(3)、三相交流电压故障报警电路(4)、三相交流电流故障报警电路(5)相连；直流电压故障报警电路(2)、直流电流故障报警电路(3)、三相交流电压故障报警电路(4)、三相交流电流故障报警电路(5)与故障信号锁存和处理电路(6)相连；
所述的直流电流故障报警电路(3)由直流电流信号处理电路(7)和直流电流设定电路(8)组成；直流电流信号处理电路(7)与直流电流设定电路(8)相连；其中直流电流信号处理电路(7)由信号处理和比较电路构成，直流电流信号经过运输放大器放大到合适的电压范围后，经过比较电路输出；当直流电流在正常的电流范围内时，比较电路输出高电平；当直流电流超过设定电流值时，输出为低电平；直流电流设定电路(8)由2个电阻、2个电容和1个滑动变阻器组成；5V的基准电压，经过2个电阻和一个滑动变阻器分压，手动调节滑动变阻器调整参考电压值，即调整直流电流的设定值。
2.根据权利要求1所述的变流器过压、过流故障报警保护电路，其特征在于，所述的电压基准源电路(1)由1个电压基准源芯片和1个运算放大器组成；电压基准源芯片提供2.5V电压，2.5V电压经过1个运算放大器放大2倍，得到5V基准电压。
3.根据权利要求1所述的变流器过压、过流故障报警保护电路，其特征在于，所述的直流电压故障报警电路(2)由1个运输放大器、5个电阻和1个滑动变阻器组成；在直流电压工作正常，电压没有超过设定值时，运输放大器的输出为高电平；当直流电压信号高于设置电压时，运输放大器输出为低电平。
4.根据权利要求1所述的变流器过压、过流故障报警保护电路，其特征在于，所述的三相交流电压故障报警电路(4)由A相交流电压处理电路(9)、B相交流电压处理电路(10)、C相交流电压处理电路(11)和交流电压设定电路(12)组成；A相交流电压处理电路(9)、B相交流电压处理电路(10)、C相交流电压处理电路(11)分别与交流电压设定电路(12)相连；其中，A相交流电压处理电路(9)、B相交流电压处理电路(10)和C相交流电压处理电路(11)电路结构相同,均由信号放大电路和信号比较电路组成，信号放大电流将交流电压信号放大到-2V～2V范围内；信号比较电路将交流电压信号与交流电压设定电路(12)设定的电压值比较；当交流电压在正常工作范围时，比较器输出高电平；当交流电压超出正常工作范围时，比较器输出为低电平，产生报警信号；交流电压设定电路(12)由2个电阻、2个电容和一个滑动变阻组成；5V的基准电压经过2个电阻和1个滑动变阻器分压；通过手动调节滑动变阻器调整参考电压值，即调整交流电压的设定值。
5.根据权利要求1所述的变流器过压、过流故障报警保护电路，其特征在于，所述的三相交流电流故障报警电路(5)由A相交流电流处理电路(13)、B相交流电流处理电路(14)、C相交流电流处理电路(15)和交流电流设定电路(16)组成；A相交流电流处理电路(13)、B相交流电流处理电路(14)、C相交流电流处理电路(15)分别与交流电流设定电路(16)相连；其中，A相交流电流处理电路(13)、B相交流电流处理电路(14)和C相交流电流处理电路(15)电路结构相同,均由信号放大电路和信号比较电路组成，信号放大电流将交流电压信号放大到-2V～2V范围内；信号比较电路将交流电流信号与交流电流设定电路(16)设定的电压值比较；当交流电流在正常工作范围时，信号比较电路输出高电平；当交流电流超出正常工作范围时，信号比较电路输出为低电平，产生报警信号；交流电流设定电路(16)由2个电阻、2个电容和一个滑动变阻器组成；5V的基准电压，经过2个电阻和1个滑动变阻器分压，调节滑动变阻器可调整参考电压值，即可调整交流电流的设定值。
6.根据权利要求1所述的变流器过压、过流故障报警保护电路，其特征在于，所述的故障信号锁存和处理电路(6)由有源时钟芯片和一片可编程逻辑阵列CPLD组成，可编程逻辑阵列通过编程实现任意的数字逻辑，上述的直流电压故障报警电路(2)、直流电流故障报警电路(3)、三相交流电压故障报警电路(4)、三相交流电流故障报警电路(5)中，当电压、电流超出设定范围时，输出由高电平变为低电平；当电压、电流超出量程时，能立刻把过压、过流的状态锁存，这样一旦捕捉到电压、电流超出量程，就会保护起作用报警，直到故障解除，由系统复位后才能使故障复位。
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