CN105021932A - 一种电容异常检测系统及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电容异常检测系统及其工作方法，该电容异常检测系统适用于两个以上电容串联作为母线支撑电容的拓扑电路；所述电容异常检测系统包括：直流母线采集单元，用于采集母线两端电压；电容电压采集单元，用于采集位于拓扑电路中首、尾电容之间的相应电容的一端电压值；所述直流母线采集单元、电容电压采集单元分别与一运算单元相连，该运算单元适于根据对直流母线采集单元、电容电压采集单元获得的相应电压值计算出适于判断任一母线支撑电容出现异常时的判断电压值。
Description
技术领域
本发明涉及一种电容异常检测方法及检测系统。
背景技术
目前，针对两个以上电容串联作为母线支撑电容拓扑结构中，电容的状态监测是一个非常重要的环节。针对目前公布的资料，只搜集到一篇相关专利，即申请号为201180060158.2的中国发明专利公开了一种电容器的异常检测方法及异常检测装置。该发明提供用于在串联连接两个以上的电容器的电路中准确地检测个别电容器的异常的检测方法及检测装置。该发明的电容异常检测装置包括：从上述电路的两端测量上述电路的电容的测量部；存储所测量的上述电路的电容及测量时的电路使用时间的存储部；以及对所测量的上述电路与已经设定的预测电容进行比较，判断构成上述电路的至少一个电容器是否发生异常的判断部。
因此，现有技术的电容异常检测方法需要测量电容的容值，方法较为复杂，在现场应用时有其局限性。
发明内容
本发明的目的是提供一种电容异常检测系统及其工作方法，有效检测两个以上电容串联状态中电容异常检测，满足高压大功率电力电子系统的可靠性要求。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种电容异常检测系统，其特征在于，所述电容异常检测系统适用于两个以上电容串联作为母线支撑电容的拓扑电路；所述电容异常检测系统包括：直流母线采集单元，用于采集母线两端电压；电容电压采集单元，用于采集位于拓扑电路中首、尾电容之间的相应电容的一端电压值；所述直流母线采集单元、电容电压采集单元分别与一运算单元相连，该运算单元适于根据对直流母线采集单元、电容电压采集单元获得的相应电压值计算出适于判断任一母线支撑电容出现异常时的判断电压值。
进一步，若所述电容的个数为三个，则所述运算单元包括：第一、第二减法器，其中第一、第二减法器的反相输入端分别与直流母线采集单元的两输出端相连；第一、第二减法器的同相输入端分别与电容电压采集单元的输出端相连；所述第一、第二减法器的输出端分别与混合运算电路的两输入端相连，该混合运算电路将第一、第二减法器的计算结果进行反相求和后，再与一基准电压进行比较以获得所述判断电压值。
进一步，所述混合运算电路包括：反相加法电路、与该反相加法电路相连的比较器；所述反相加法运算电路包括集成运算放大器U2C、该集成运算放大器U2C的反相输入端通过电阻R12、电阻R14分别与第一、第二减法器的输出端相连；所述集成运算放大器U2C的输出端与比较器的一输入端相连，该比较器的另一输入端接入所述基准电压，所述比较器适于输出判断电压值。
进一步，所述直流母线采集单元的两输出端、电容电压采集单元的输出端分别与第一、第二、第三跟随器相连，且通过各跟随器连接第一、第二减法器的反相输入端、同相端；以及所述集成运算放大器U2C的输出端与比较器之间设有第四跟随器。
进一步，所述运算单元适于将判断电压值发送至处理器模块，所述处理器模块还与显示模块、按键相连；以及所述处理器模块的控制端连接所述基准电压的供电模块，以适于调节所述供电模块的输出电压。
进一步，若所述电容的个数大于三个，则所述运算单元还包括多选一模拟开关，所述多选一模拟开关的多路输入端分别与首、尾电容之间的各电容的各端相连，且输出端连接第二跟随器的输入端相连；所述多选一模拟开关的控制端由所述处理器模块控制。
又一方面，本发明还提供了一种电容异常检测系统的工作方法，所述电容异常检测系统适用于两个以上电容串联作为母线支撑电容的拓扑电路；包括如下步骤：
步骤S1，采集母线两端电压；
步骤S2，采集位于拓扑电路中首、尾电容之间的相应电容的一端电压值；
步骤S3，根据对直流母线采集单元、电容电压采集单元获得的相应电压值计算出适于判断任一母线支撑电容出现异常时的判断电压值。
进一步，通过直流母线采集单元采集母线两端电压；通过电容电压采集单元母线两端电压的直流母线采集单元；以及所述直流母线采集单元、电容电压采集单元分别与一运算单元相连，该运算单元适于计算所述判断电压值。
进一步，若所述电容的个数为三个，则所述运算单元包括：第一、第二减法器，其中第一、第二减法器的反相输入端分别与直流母线采集单元的两输出端相连；第一、第二减法器的同相输入端分别与电容电压采集单元的输出端相连；所述第一、第二减法器的输出端分别与混合运算电路的两输入端相连，该混合运算电路将第一、第二减法器的计算结果进行反相求和后，再与一基准电压进行比较以获得所述判断电压值；所述混合运算电路包括：反相加法电路、与该反相加法电路相连的比较器；所述反相加法运算电路包括集成运算放大器U2C、该集成运算放大器U2C的反相输入端通过电阻R12、电阻R14分别与第一、第二减法器的输出端相连；所述集成运算放大器U2C的输出端与比较器的一输入端相连，该比较器的另一输入端接入所述基准电压，所述比较器适于输出判断电压值；所述运算单元适于将判断电压值发送至处理器模块，所述处理器模块还与显示模块、按键相连；以及所述处理器模块的控制端连接所述基准电压的供电模块，以适于调节所述供电模块的输出电压。
进一步，若所述电容的个数大于三个，则所述运算单元还包括多选一模拟开关，所述多选一模拟开关的多路输入端分别与首、尾电容之间的各电容的各端相连，且输出端连接第二跟随器的输入端相连；所述多选一模拟开关的控制端由所述处理器模块控制。
本发明的有益效果是，本发明的电容异常检测系统及其工作方法，有效检测两个以上电容串联状态中电容异常检测，提高了高压大功率电力电子系统的可靠性；并且本发明还使对电容异常报警信号的判断至限于母线支撑电容是否出现不均压有关，而与输入直流母线电压的大小无关；通过调节两个减法器的反馈电阻和比较器的参考电压，使母线支撑电容在发生异常时，均压误差控制在一定的范围内不会报警，超出此范围就会发生报警，提高了整个检测系统的容错能力。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的三个母线支撑电容拓扑电路的电路图；
图2是本发明的三个母线支撑电容的拓扑电路所涉及的电容异常检测系统的原理框图；
图3是本发明的三个母线支撑电容的拓扑电路所涉及的电容异常检测系统原理图；
图4是本发明的四个母线支撑电容拓扑电路的电路图；
图5是本发明的四个母线支撑电容的拓扑电路所涉及的电容异常检测系统的原理框图。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
本发明的电容异常检测系统及其工作方法均适用于两个以上电容串联作为母线支撑电容的拓扑电路。
其中，所述拓扑电路的电路结构如图1所示，图中，电阻R1’、电阻R2’串联后分别与电容C1’相并联，同样，电阻R3’、电阻R4’串联后分别与电容C2’、电阻R5’、电阻R6’串联后分别与电容C3’构成拓扑电路，其中，电容C1’、电容C2’、电容C3’为母线支撑电容。
D端(直流母线正端)和G端(直流母线负端)分别为母线两端，C端为首、尾电容之间的电容C2’的一端，所述电容C2’的一端还连接有分压电路，以对电容电压采集单元的采集电压进行降压，所述分压电路例如由电阻R100、电阻R200、电阻R300和电容C100、电容C200组成，具体的，从电阻R4’的两端引出，即电阻R4’的第一端与由电阻R300和电容C100构成的并联电路相连后接地，并且电阻R4’的第二端通过电阻R100与由电阻R200和电容C200构成的并联电路相连后接地。
通过图1可以推导出3个母线支撑电容、4个母线支撑电容构成的拓扑电路。
实施例1
如图1和图2所示，本发明的一种电容异常检测系统，所述电容异常检测系统适用于两个以上电容串联作为母线支撑电容的拓扑电路；所述电容异常检测系统包括：直流母线采集单元，用于采集母线两端电压；电容电压采集单元，用于采集位于拓扑电路中首、尾电容之间的相应电容的一端电压值；所述直流母线采集单元、电容电压采集单元分别与一运算单元相连，该运算单元适于根据对直流母线采集单元、电容电压采集单元获得的相应电压值计算出适于判断任一母线支撑电容出现异常时的判断电压值。
其中，在图1中，首、尾电容分别为连接两端母线的电容，例如图1中的电容C1’、电容C3’。
进一步，若所述电容的个数为三个(电容C1’、电容C2’、电容C3’)，则所述运算单元包括：第一、第二减法器，其中第一、第二减法器的反相输入端分别与直流母线采集单元的两输出端相连；第一、第二减法器的同相输入端分别与电容电压采集单元的输出端相连；所述第一、第二减法器的输出端分别与混合运算电路的两输入端相连，该混合运算电路将第一、第二减法器的计算结果进行反相求和后，再与一基准电压进行比较以获得所述判断电压值。
所述混合运算电路包括：反相加法电路、与该反相加法电路相连的比较器；所述反相加法运算电路包括集成运算放大器U2C、该集成运算放大器U2C的反相输入端通过电阻R12、电阻R14分别与第一、第二减法器的输出端相连；所述集成运算放大器U2C的输出端与比较器的一输入端相连，该比较器的另一输入端接入所述基准电压，所述比较器适于输出判断电压值。
所述直流母线采集单元的两输出端、电容电压采集单元的输出端分别与第一、第二、第三跟随器相连，且通过各跟随器连接第一、第二减法器的反相输入端、同相端；以及所述集成运算放大器U2C的输出端与比较器之间设有第四跟随器。
所述运算单元适于将判断电压值发送至处理器模块，所述处理器模块还与显示模块、按键相连；以及所述处理器模块的控制端连接所述基准电压的供电模块，以适于调节所述供电模块的输出电压。
针对三个母线支撑电容的拓扑电路所涉及的电容异常检测系统的原理框图的具体实施方式如图3所示。
图3中，电阻R1、电阻R2、电容C1、电阻R20、电阻R21、电容C11构成直流母线采集单元，D端与电阻R1一端相连，电阻R1另一端与电阻R2、电容C1相连，电阻R2另一端与地相连，电容C1的另一端与地相连，直流母线电压经电阻R1、电阻R2相连处输出；直流母线负端G处与电阻R21一端相连，电阻R21另一端与电阻R20、电容C11相连，电阻R20另一端与地相连，电容C11的另一端与地相连，直流母线电压经电阻R21、电阻R20相连处输出。
C端通过接线端子P1接入，电阻R6、电阻R7、电阻R8、电容C4、电容C5构成电容电压采集单元。在图3所示电路原理图中，接线端子P1的1端与电阻R8、电容C4相连，电阻R8、电容C4的另一端与地相连，接线端子P1的2端(对应原理图中标注为C处)，与电阻R6相连，电阻R6的另一端与电阻R7、电容C5相连，电阻R7、电阻C5的另一端与地相连，电容电压采集单元经电阻R6、电阻R7的相连处输出。
第一、第二、第三跟随器分别由集成运算放大器U1A、集成运算放大器U1B、集成运算放大器U1C、集成运算放大器U1D及外围电路构成。
第一、第二减法器分别由集成运算放大器U2A、集成运算放大器U2B及外围电路构成。
所述集成运算放大器U2C的输出端还连接有稳压管D1，且通过第四跟随器接入比较器，该比较器由集成运算放大器U2D及外围电路构成，具体的，第四跟随器的输出端连接集成运算放大器U2D的同相端，集成运算放大器U2D的反相端连接基准电压，并且集成运算放大器U2D的输出端经电阻R25、电容C15相连处输出判断电压(CERROR)至处理器模块；通过观测所述判断电压的电平状态就可以判断母线支撑电容是否发生异常。
如图4和图5所示，若所述电容的个数大于三个，则所述运算单元还包括多选一模拟开关，所述多选一模拟开关的多路输入端分别与首、尾电容之间的各电容的各端相连，且输出端连接第二跟随器的输入端相连；所述多选一模拟开关的控制端由所述处理器模块控制。
实施例2
如图1至图5所示，在实施例1基础上，本发明还提供了一种电容异常检测系统的工作方法，所述电容异常检测系统适用于两个以上电容串联作为母线支撑电容的拓扑电路；所述工作方法包括如下步骤：
步骤S1，采集母线两端电压；
步骤S2，采集位于拓扑电路中首、尾电容之间的相应电容的一端电压值；
步骤S3，根据对直流母线采集单元、电容电压采集单元获得的相应电压值计算出适于判断任一母线支撑电容出现异常时的判断电压值。
进一步，通过直流母线采集单元采集母线两端电压；通过电容电压采集单元母线两端电压的直流母线采集单元；以及所述直流母线采集单元、电容电压采集单元分别与一运算单元相连，该运算单元适于计算所述判断电压值。
进一步，若所述电容的个数为三个，则所述运算单元包括：第一、第二减法器，其中第一、第二减法器的反相输入端分别与直流母线采集单元的两输出端相连；第一、第二减法器的同相输入端分别与电容电压采集单元的输出端相连；所述第一、第二减法器的输出端分别与混合运算电路的两输入端相连，该混合运算电路将第一、第二减法器的计算结果进行反相求和后，再与一基准电压进行比较以获得所述判断电压值。
所述混合运算电路包括：反相加法电路、与该反相加法电路相连的比较器；所述反相加法运算电路包括集成运算放大器U2C、该集成运算放大器U2C的反相输入端通过电阻R12、电阻R14分别与第一、第二减法器的输出端相连；所述集成运算放大器U2C的输出端与比较器的一输入端相连，该比较器的另一输入端接入所述基准电压，所述比较器适于输出判断电压值；所述运算单元适于将判断电压值发送至处理器模块，所述处理器模块还与显示模块、按键相连；以及所述处理器模块的控制端连接所述基准电压的供电模块，以适于调节所述供电模块的输出电压。
若所述电容的个数大于三个，则所述运算单元还包括多选一模拟开关，所述多选一模拟开关的多路输入端分别与首、尾电容之间的各电容的各端相连，且输出端连接第二跟随器的输入端相连；所述多选一模拟开关的控制端由所述处理器模块控制。
本发明将采样后的C端电压分别与D端、G端电压比较，使电容异常报警信号只与母线支撑电容是否出现不均压有关，而与输入直流母线电压的大小无关。通过调节两个减法器的反馈电阻和比较器的参考电压，可使母线支撑电容在发生异常时，均压误差范围在1/5～2/5之间不会报警，超出此范围就会发生报警。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (10)
1.一种电容异常检测系统，其特征在于，所述电容异常检测系统适用于两个以上电容串联作为母线支撑电容的拓扑电路；
所述电容异常检测系统包括：
直流母线采集单元，用于采集母线两端电压；
电容电压采集单元，用于采集位于拓扑电路中首、尾电容之间的相应电容的一端电压值；
所述直流母线采集单元、电容电压采集单元分别与一运算单元相连，该运算单元适于根据对直流母线采集单元、电容电压采集单元获得的相应电压值计算出适于判断任一母线支撑电容出现异常时的判断电压值。
2.根据权利要求1所述的电容异常检测系统，其特征在于，
若所述电容的个数为三个，则所述运算单元包括：第一、第二减法器，其中第一、第二减法器的反相输入端分别与直流母线采集单元的两输出端相连；第一、第二减法器的同相输入端分别与电容电压采集单元的输出端相连；
所述第一、第二减法器的输出端分别与混合运算电路的两输入端相连，该混合运算电路将第一、第二减法器的计算结果进行反相求和后，再与一基准电压进行比较以获得所述判断电压值。
3.根据权利要求2所述的电容异常检测系统，其特征在于，所述混合运算电路包括：反相加法电路、与该反相加法电路相连的比较器；
所述反相加法运算电路包括集成运算放大器U2C、该集成运算放大器U2C的反相输入端通过电阻R12、电阻R14分别与第一、第二减法器的输出端相连；
所述集成运算放大器U2C的输出端与比较器的一输入端相连，该比较器的另一输入端接入所述基准电压，所述比较器适于输出判断电压值。
4.根据权利要求3所述的电容异常检测系统，其特征在于，所述直流母线采集单元的两输出端、电容电压采集单元的输出端分别与第一、第二、第三跟随器相连，且通过各跟随器连接第一、第二减法器的反相输入端、同相端；以及
所述集成运算放大器U2C的输出端与比较器之间设有第四跟随器。
5.根据权利要求4所述的电容异常检测系统，其特征在于，所述运算单元适于将判断电压值发送至处理器模块，所述处理器模块还与显示模块、按键相连；以及
所述处理器模块的控制端连接所述基准电压的供电模块，以适于调节所述供电模块的输出电压。
6.根据权利要求5所述的电容异常检测系统，其特征在于，若所述电容的个数大于三个，则所述运算单元还包括多选一模拟开关，所述多选一模拟开关的多路输入端分别与首、尾电容之间的各电容的各端相连，且输出端连接第二跟随器的输入端相连；
所述多选一模拟开关的控制端由所述处理器模块控制。
7.一种电容异常检测系统的工作方法，所述电容异常检测系统适用于两个以上电容串联作为母线支撑电容的拓扑电路；其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1，采集母线两端电压；
步骤S2，采集位于拓扑电路中首、尾电容之间的相应电容的一端电压值；
步骤S3，根据对直流母线采集单元、电容电压采集单元获得的相应电压值计算出适于判断任一母线支撑电容出现异常时的判断电压值。
8.根据权利要求7所述的工作方法，其特征在于，
通过直流母线采集单元采集母线两端电压；
通过电容电压采集单元母线两端电压的直流母线采集单元；以及
所述直流母线采集单元、电容电压采集单元分别与一运算单元相连，该运算单元适于计算所述判断电压值。
9.根据权利要求8所述的工作方法，其特征在于，
若所述电容的个数为三个，则所述运算单元包括：第一、第二减法器，其中第一、第二减法器的反相输入端分别与直流母线采集单元的两输出端相连；第一、第二减法器的同相输入端分别与电容电压采集单元的输出端相连；
所述第一、第二减法器的输出端分别与混合运算电路的两输入端相连，该混合运算电路将第一、第二减法器的计算结果进行反相求和后，再与一基准电压进行比较以获得所述判断电压值；
所述混合运算电路包括：反相加法电路、与该反相加法电路相连的比较器；
所述反相加法运算电路包括集成运算放大器U2C、该集成运算放大器U2C的反相输入端通过电阻R12、电阻R14分别与第一、第二减法器的输出端相连；
所述集成运算放大器U2C的输出端与比较器的一输入端相连，该比较器的另一输入端接入所述基准电压，所述比较器适于输出判断电压值；
所述运算单元适于将判断电压值发送至处理器模块，所述处理器模块还与显示模块、按键相连；以及
所述处理器模块的控制端连接所述基准电压的供电模块，以适于调节所述供电模块的输出电压。
10.根据权利要求9所述的工作方法，其特征在于，
若所述电容的个数大于三个，则所述运算单元还包括多选一模拟开关，所述多选一模拟开关的多路输入端分别与首、尾电容之间的各电容的各端相连，且输出端连接第二跟随器的输入端相连；
所述多选一模拟开关的控制端由所述处理器模块控制。
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