CN104198831A - 一种用于四象限变频器的错相检测电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于四象限变频器的错相检测电路,包括LC滤波电路和四象限变频器,还包括三相检测电路和取样电路,所述三相检测电路包括高压二极管、限流电阻和光电耦合器,四象限变频器电力输入端与高压二极管的正极相连,高压二极管的负极通过限流电阻与光电耦合器的信号输入端相连,四象限变频器另一电力输入端与光电耦合器的信号输入端相连,光电耦合器G1~G3的信号输出端均与取样电路相连。本发明能够识别并解决四象限变频器和LC滤波电路之间可能存在的错误接线问题,可以广泛应用于电气工程中。
Description
技术领域
本发明涉及电气工程中的电力电子技术,特别是涉及一种用于四象限变频器的错相检测电路。
背景技术
四象限变频器是一种电能可以双向传递的新型变频器,它既可以将电网电能转变为频率可变的电能通过电动机转变为机械能,也可以将电动机制动时的机械能转变为电能回送电网,其特点是系统运行高效率、对电网谐波污染很小。四象限变频器主电路拓扑由两个背靠背的变流器通过直流母线构成,其中与电网相连的变流器一般称之为高频整流器或PWM(Pulse-Width Modulation,脉宽调制)整流器,用于取代传统变频器中的不控整流器,与电动机相连的变流器称之为逆变器。而高频整流器正是四象限变频器能实现电能双向传递的关键。由于高频整流器输出的电压是脉宽调制波,而电网电压是正弦波,它们不能直接相连,故高频整流器与电网连接之间需要增加LC滤波器,即LC滤波器是四象限变频器必不可少的重要部件。但由于LC滤波器中的三相电感体积大、质量重,放在四象限变频器内会大大增加四象限变频器的体积重量,造成四象限变频器运输、安装、更换维修的不便。另外,四象限变频器中的高频整流器在一定容量范围内,可以设计成相同的体积外形,但LC滤波器中的三相电感体积与变频器额定电流的平方成比例,即不同容量的四象限变频器选用的三相电感体积差异很大,不可能采用统一体积外形设计。因此,内含LC滤波器的四象限变频器不同容量需要采用不同体积外形的设计,而分体结构的四象限变频器可以解决这一问题,具体结构参见图1,采用分体结构后,四象限变频器主体外形设计统一,仅仅修改LC滤波器的外形设计,简化了设计,节省了材料,这将有利于四象限变频器的批量化设计、生产和储备。此外,采用分体结构的四象限变频器安装、检修和运输均比整体结构的四象限变频器方便,灵活。但是,采用分体结构的四象限变频器LC滤波器和变频器主体之间容易产生接线错误,即由于四象限变频器一侧三相线与电网相连,另一侧三相线与LC滤波器相连,如果这两组三相线连接相序不一致,则会造成四象限变频器错相运行,轻则造成变频器过流保护,严重时可能造成四象限变频器损坏。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足,提供一种用于四象限变频器的错相检测电路,能够识别并解决四象限变频器和LC滤波电路之间可能存在的错误接线问题。
本发明提供的一种用于四象限变频器的错相检测电路,包括通过下侧三相线U1、V1、W1和上侧三相线U2、V2、W2相连的LC滤波电路和四象限变频器,还包括U相检测电路、V相检测电路、W相检测电路和取样电路,所述U相检测电路包括高压二极管D1、限流电阻R1和光电耦合器G1,所述V相检测电路包括高压二极管D2、限流电阻R2和光电耦合器G2,所述W相检测电路包括高压二极管D3、限流电阻R3和光电耦合器G3;所述四象限变频器U2端与高压二极管D1的正极相连,所述高压二极管D1的负极通过限流电阻R1与光电耦合器G1的信号输入端相连,所述四象限变频器U1端与光电耦合器G1的信号输入端相连;所述四象限变频器V2端与高压二极管D2的正极相连,所述高压二极管D2的负极通过限流电阻R2与光电耦合器G2的信号输入端相连,所述四象限变频器V1端与光电耦合器G2的信号输入端相连;所述四象限变频器W2端与高压二极管D3的正极相连,所述高压二极管D3的负极通过限流电阻R3与光电耦合器G3的信号输入端相连,所述四象限变频器W1端与光电耦合器G3的信号输入端相连;所述光电耦合器G1~G3的信号输出端均与取样电路相连。三相检测电路均安装在四象限变频器内部,均采用高压二极管、限流电阻与光电耦合器构成,以U相检测电路为例说明其检测原理,当四象限变频器U2端和U1端连接的是同一相线,则U2端和U1端之间无电压差,流经光电耦合器G1信号输入端的电流等于0,故光电耦合器G1处于截止状态,光电耦合器G1信号输出端的输出电压等于0电平。当四象限变频器U2端和U1端连接的不是同一相线,例如四象限变频器的U2端误接到LC滤波器的V2端,则四象限变频器中U2端和U1端之间存在380V电压差,在电压正半波时,高压二极管D1、限流电阻R1和光电耦合器G1中的信号输入端构成电流回路,光电耦合器G1处于导通状态,G1信号输出端的输出电压等于1电平。在电压负半波时,高压二极管D1使电流回路处于截止状态。采用光电耦合器G1~G3的目的是为了通过光电耦合器G1~G3传递信号的基础上,可以隔离高压电路与低压控制电路之间电的联系,提高四象限变频器内控制电路工作的安全性和可靠性。
在上述技术方案中,所述光电耦合器G1由发光二极管、光电接收二极管和三极管组成,所述发光二极管的正极和负极分别与限流电阻R1的一端和四象限变频器U1端相连,所述光电接收二极管的正极与三极管的基极相连,所述光电接收二极管的负极与三极管的集电极相连、并与直流电源相连,所述三极管的发射极与取样电路相连;所述光电耦合器G2由发光二极管、光电接收二极管和三极管组成,所述发光二极管的正极和负极分别与限流电阻R2的一端和四象限变频器V1端相连,所述光电接收二极管的正极与三极管的基极相连,所述光电接收二极管的负极与三极管的集电极相连、并与直流电源相连,所述三极管的发射极与取样电路相连;所述光电耦合器G3由发光二极管、光电接收二极管和三极管组成,所述发光二极管的正极和负极分别与限流电阻R3的一端和四象限变频器W1端相连,所述光电接收二极管的正极与三极管的基极相连,所述光电接收二极管的负极与三极管的集电极相连、并与直流电源相连,所述三极管的发射极与取样电路相连。采用该结构的光电耦合器G1~G3可以隔离高压电路与低压控制电路之间电的联系,进一步提高四象限变频器内控制电路工作的安全性和可靠性。
在上述技术方案中,还包括高压二极管D4~D6,所述高压二极管D4的正极分别与四象限变频器U1端和光电耦合器G1的发光二极管负极相连,所述高压二极管D4的负极分别与限流电阻R1的一端和光电耦合器G1的发光二极管正极相连;所述高压二极管D5的正极分别与四象限变频器V1端和光电耦合器G2的发光二极管负极相连,所述高压二极管D5的负极分别与限流电阻R2的一端和光电耦合器G2的发光二极管正极相连;所述高压二极管D6的正极分别与四象限变频器W1端和光电耦合器G3的发光二极管负极相连,所述高压二极管D6的负极分别与限流电阻R3的一端和光电耦合器G3的发光二极管正极相连。以U相检测电路为例说明其检测原理,在电压负半波时,与光电耦合器G1内部发光二极管反向并联的高压二极管D4防止了光电耦合器G1内部的发光二极管因承受高电压而被击穿损坏。
在上述技术方案中,所述取样电路包括取样电阻R4、工频滤波电容C1和高频滤波电容C2,所述取样电阻R4的一端分别与工频滤波电容C1和高频滤波电容C2的一端相连,所述取样电阻R4的同一端分别与光电耦合器G1~G3的三极管发射极相连并作为电压输出端,所述取样电阻R4的另一端分别与工频滤波电容C1和高频滤波电容C2的另一端相连并接地。三相检测电路的三个光电耦合器G1~G3输出只采用了同一个取样电阻R4作为负载构成或门电路,当三相连线均正确时,三个光电耦合器G1~G3均处于截止状态,其合成输出电路输出Vo为0电平。只要有一相连线不正确,则三个光电耦合器至少有一个输出处于1电平状态,其合成输出电压Vo也就是1电平。输出电路中的工频滤波电容C1和高频滤波电容C2分别作为工频和高频滤波用,使得输出电平保持恒定。该取样电路的结构简单合理。
在上述技术方案中,所述LC滤波电路为LCL滤波器或LCRL滤波器。采用LCL滤波器的优点是可以用较小电感量的电感获得较好的高频滤波效果,但由于采用LCL滤波器容易产生高频振荡,为此,可以采用LCRL滤波器,由于电阻R的加入,可以衰减或消除LCL滤波器可能产生的高频振荡。
本发明用于四象限变频器的错相检测电路,具有以下有益效果:可以有效防止LC滤波电路与四象限变频器三相连线相序错误,即当LC滤波电路与四象限变频器三相连线相序错误时,三相检测电路输出1电平信号,通知四象限变频器内控制电路禁止IGBT(InsulatedGate Bipolar Transistor,绝缘栅双极晶体管)工作,同时发出错相报警,只有当LC滤波电路与四象限变频器三相连线相序正确,三相检测电路输出0电平信号,通知四象限变频器内控制电路可以允许IGBT工作。
附图说明
图1为现有分体结构的四象限变频器的结构示意图;
图2为LC滤波电路为LC滤波器时本发明用于四象限变频器的错相检测电路的结构示意图;
图3为LC滤波电路为LCL滤波器时本发明用于四象限变频器的错相检测电路的结构示意图;
图4为LC滤波电路为LCRL滤波器时本发明用于四象限变频器的错相检测电路的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述,但该实施例不应理解为对本发明的限制。
图1中现有分体结构的四象限变频器的结构示意图在背景技术中已有描述,在此不再赘述。
参见图2,本发明提供的一种用于四象限变频器的错相检测电路,包括通过下侧三相线U1、V1、W1和上侧三相线U2、V2、W2相连的LC滤波电路和四象限变频器,还包括U相检测电路、V相检测电路、W相检测电路和取样电路,所述U相检测电路包括高压二极管D1、限流电阻R1和光电耦合器G1,所述V相检测电路包括高压二极管D2、限流电阻R2和光电耦合器G2,所述W相检测电路包括高压二极管D3、限流电阻R3和光电耦合器G3。所述四象限变频器U2端与高压二极管D1的正极相连,所述高压二极管D1的负极通过限流电阻R1与光电耦合器G1的信号输入端相连,所述四象限变频器U1端与光电耦合器G1的信号输入端相连。所述四象限变频器V2端与高压二极管D2的正极相连,所述高压二极管D2的负极通过限流电阻R2与光电耦合器G2的信号输入端相连,所述四象限变频器V1端与光电耦合器G2的信号输入端相连。所述四象限变频器W2端与高压二极管D3的正极相连,所述高压二极管D3的负极通过限流电阻R3与光电耦合器G3的信号输入端相连,所述四象限变频器W1端与光电耦合器G3的信号输入端相连。所述光电耦合器G1~G3的信号输出端均与取样电路相连。三相检测电路均安装在四象限变频器内部,均采用高压二极管、限流电阻与光电耦合器构成,以U相检测电路为例说明其检测原理,当四象限变频器U2端和U1端连接的是同一相线,则U2端和U1端之间无电压差,流经光电耦合器G1信号输入端的电流等于0,故光电耦合器G1处于截止状态,光电耦合器G1信号输出端的输出电压等于0电平。当四象限变频器U2端和U1端连接的不是同一相线,例如四象限变频器的U2端误接到LC滤波器的V2端,则四象限变频器中U2端和U1端之间存在380V电压差,在电压正半波时,高压二极管D1、限流电阻R1和光电耦合器G1中的信号输入端构成电流回路,光电耦合器G1处于导通状态,G1信号输出端的输出电压等于1电平。在电压负半波时,高压二极管D1使电流回路处于截止状态。采用光电耦合器G1~G3的目的是为了通过光电耦合器G1~G3传递信号的基础上,可以隔离高压电路与低压控制电路之间电的联系,提高四象限变频器内控制电路工作的安全性和可靠性。
所述光电耦合器G1由发光二极管、光电接收二极管和三极管组成,所述发光二极管的正极和负极分别与限流电阻R1的一端和四象限变频器U1端相连,所述光电接收二极管的正极与三极管的基极相连,所述光电接收二极管的负极与三极管的集电极相连、并与直流电源相连,所述三极管的发射极与取样电路相连。所述光电耦合器G2由发光二极管、光电接收二极管和三极管组成,所述发光二极管的正极和负极分别与限流电阻R2的一端和四象限变频器V1端相连,所述光电接收二极管的正极与三极管的基极相连,所述光电接收二极管的负极与三极管的集电极相连、并与直流电源相连,所述三极管的发射极与取样电路相连。所述光电耦合器G3由发光二极管、光电接收二极管和三极管组成,所述发光二极管的正极和负极分别与限流电阻R3的一端和四象限变频器W1端相连,所述光电接收二极管的正极与三极管的基极相连,所述光电接收二极管的负极与三极管的集电极相连、并与直流电源相连,所述三极管的发射极与取样电路相连。采用该结构的光电耦合器G1~G3可以隔离高压电路与低压控制电路之间电的联系,进一步提高四象限变频器内控制电路工作的安全性和可靠性。
本发明用于四象限变频器的错相检测电路还包括高压二极管D4~D6,所述高压二极管D4的正极分别与四象限变频器U1端和光电耦合器G1的发光二极管负极相连,所述高压二极管D4的负极分别与限流电阻R1的一端和光电耦合器G1的发光二极管正极相连。所述高压二极管D5的正极分别与四象限变频器V1端和光电耦合器G2的发光二极管负极相连,所述高压二极管D5的负极分别与限流电阻R2的一端和光电耦合器G2的发光二极管正极相连。所述高压二极管D6的正极分别与四象限变频器W1端和光电耦合器G3的发光二极管负极相连,所述高压二极管D6的负极分别与限流电阻R3的一端和光电耦合器G3的发光二极管正极相连。以U相检测电路为例说明其检测原理,在电压负半波时,与光电耦合器G1内部发光二极管反向并联的高压二极管D4防止了光电耦合器G1内部的发光二极管因承受高电压而被击穿损坏。
所述取样电路包括取样电阻R4、工频滤波电容C1和高频滤波电容C2,所述取样电阻R4的一端分别与工频滤波电容C1和高频滤波电容C2的一端相连,所述取样电阻R4的同一端分别与光电耦合器G1~G3的三极管发射极相连并作为电压输出端,所述取样电阻R4的另一端分别与工频滤波电容C1和高频滤波电容C2的另一端相连并接地。三相检测电路的三个光电耦合器G1~G3输出只采用了同一个取样电阻R4作为负载构成或门电路,当三相连线均正确时,三个光电耦合器G1~G3均处于截止状态,其合成输出电路输出Vo为0电平。只要有一相连线不正确,则三个光电耦合器至少有一个输出处于1电平状态,其合成输出电压Vo也就是1电平。输出电路中的工频滤波电容C1和高频滤波电容C2分别作为工频和高频滤波用,使得输出电平保持恒定。该取样电路的结构简单合理。
参见图3,所述LC滤波电路为LCL滤波器。采用LCL滤波器的优点是可以用较小电感量的电感获得较好的高频滤波效果。
参见图4,所述LC滤波电路为LCRL滤波器。由于采用LCL滤波器容易产生高频振荡,为此,可以采用LCRL滤波器,由于电阻R的加入,可以衰减或消除LCL滤波器可能产生的高频振荡。
四象限变频器上电后首先检测三相检测电路输出电压Vo状态,如果是Vo=0电平状态,说明四象限变频器与LC滤波器的三相连线正确,可以令系统工作,如果上电后检测到是Vo=1电平,则说明四象限变频器与LC滤波器的三相连线错误,禁止四象限变频器工作,并发送报警信号。
为了四象限变频器工作时不受三相检测电路输出干扰误信号的影响,四象限变频器只是在上电期间检测三相检测电路输出状态,如果三相连线正确,系统工作后,不再检测三相检测电路输出状态,因为系统不会在通电期间改变连线状态,这样可以保证系统正常工作的可靠性。
采用图3和图4结构的错相检测原理与图2相同,此处不再赘述。
显然,本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样,倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内,则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (5)
1.一种用于四象限变频器的错相检测电路,包括通过下侧三相线U1、V1、W1和上侧三相线U2、V2、W2相连的LC滤波电路和四象限变频器,其特征在于:还包括U相检测电路、V相检测电路、W相检测电路和取样电路,所述U相检测电路包括高压二极管D1、限流电阻R1和光电耦合器G1,所述V相检测电路包括高压二极管D2、限流电阻R2和光电耦合器G2,所述W相检测电路包括高压二极管D3、限流电阻R3和光电耦合器G3;所述四象限变频器U2端与高压二极管D1的正极相连,所述高压二极管D1的负极通过限流电阻R1与光电耦合器G1的信号输入端相连,所述四象限变频器U1端与光电耦合器G1的信号输入端相连;所述四象限变频器V2端与高压二极管D2的正极相连,所述高压二极管D2的负极通过限流电阻R2与光电耦合器G2的信号输入端相连,所述四象限变频器V1端与光电耦合器G2的信号输入端相连;所述四象限变频器W2端与高压二极管D3的正极相连,所述高压二极管D3的负极通过限流电阻R3与光电耦合器G3的信号输入端相连,所述四象限变频器W1端与光电耦合器G3的信号输入端相连;所述光电耦合器G1~G3的信号输出端均与取样电路相连。
2.根据权利要求1所述的用于四象限变频器的错相检测电路,其特征在于:所述光电耦合器G1由发光二极管、光电接收二极管和三极管组成,所述发光二极管的正极和负极分别与限流电阻R1的一端和四象限变频器U1端相连,所述光电接收二极管的正极与三极管的基极相连,所述光电接收二极管的负极与三极管的集电极相连、并与直流电源相连,所述三极管的发射极与取样电路相连;所述光电耦合器G2由发光二极管、光电接收二极管和三极管组成,所述发光二极管的正极和负极分别与限流电阻R2的一端和四象限变频器V1端相连,所述光电接收二极管的正极与三极管的基极相连,所述光电接收二极管的负极与三极管的集电极相连、并与直流电源相连,所述三极管的发射极与取样电路相连;所述光电耦合器G3由发光二极管、光电接收二极管和三极管组成,所述发光二极管的正极和负极分别与限流电阻R3的一端和四象限变频器W1端相连,所述光电接收二极管的正极与三极管的基极相连,所述光电接收二极管的负极与三极管的集电极相连、并与直流电源相连,所述三极管的发射极与取样电路相连。
3.根据权利要求2所述的用于四象限变频器的错相检测电路,其特征在于:还包括高压二极管D4~D6,所述高压二极管D4的正极分别与四象限变频器U1端和光电耦合器G1的发光二极管负极相连,所述高压二极管D4的负极分别与限流电阻R1的一端和光电耦合器G1的发光二极管正极相连;所述高压二极管D5的正极分别与四象限变频器V1端和光电耦合器G2的发光二极管负极相连,所述高压二极管D5的负极分别与限流电阻R2的一端和光电耦合器G2的发光二极管正极相连;所述高压二极管D6的正极分别与四象限变频器W1端和光电耦合器G3的发光二极管负极相连,所述高压二极管D6的负极分别与限流电阻R3的一端和光电耦合器G3的发光二极管正极相连。
4.根据权利要求3所述的用于四象限变频器的错相检测电路,其特征在于:所述取样电路包括取样电阻R4、工频滤波电容C1和高频滤波电容C2,所述取样电阻R4的一端分别与工频滤波电容C1和高频滤波电容C2的一端相连,所述取样电阻R4的同一端分别与光电耦合器G1~G3的三极管发射极相连并作为电压输出端,所述取样电阻R4的另一端分别与工频滤波电容C1和高频滤波电容C2的另一端相连并接地。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的用于四象限变频器的错相检测电路,其特征在于:所述LC滤波电路为LCL滤波器或LCRL滤波器。
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