CN105977922A - 一种双向过压检测保护模块 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双向过压检测保护模块，通过4个高压快恢复二极管D3、D4、D5、D6构成整流桥对被检测电压信号极性进行归并，归并后的电压信号依次通过限流电阻R6、BOD器件、取样电阻R7、稳压二极管D7获得过电压信号，其中限流电阻R6、BOD器件和取样电阻R7串联，取样电阻R7与稳压二极管并联，所获得的过电压信号通过单谐振荡器展宽成宽脉冲信号。本发明使用4个高压快恢复二极管构成整流桥对检测到的电压信号进行极性归并，可以实现双向电压检测；使用单谐振荡器展宽原始过电压信号的脉冲宽度，并通过频率调制电路对宽脉冲信号频率调制，使该信号可以可靠触发保护执行器件，达到过压保护目的。
Description
技术领域
本发明涉及电力电子装置应用技术领域，尤其涉及一种双向过压检测保护模块。
背景技术
ITER（国际热核聚变实验堆）计划是当今世界最大的国际科技合作计划。极向场变流器电源系统是ITER重要的子系统之一，为等离子体的产生、约束、维持、加热以及等离子体电流、位置、形状、分布和破裂的控制，提供必要的工程基础和控制手段。极向场变流器设备是超大功率晶闸管相控变流器，单机容量为60MW，整个系统装机容量高达4600MW。在极向场变流器系统中有部分电源系统需要3套四象限变流器串联运行，串联运行过程中可能存在由于某一套变流器故障而导致其它变流器承受过电压的情况。为防止过电压损坏变流器设备，在变流器两端并联旁通单元，当过压时触发该旁通对变流器短路，实现过电压保护，这样就需要一种具有双向过压自动检测功能并在检测到过压时发出长脉冲信号可靠触发旁通保护变流器的过压检测保护模块。
实现快速过压自动检测通常采用BOD器件。BOD有一个动作电压，当BOD两端的电压大于动作电压时，BOD快速导通并配合外围电路输出一个脉冲信号作为过压保护的触发信号。在直流输电、高压阀等场合，均采用上述BOD过压保护方案对串联模块进行过压保护。该方案存在的缺点是输出触发脉冲宽度窄，只有数十微秒时间，不能用于多晶闸管并联时的可靠触发；另一个缺点是只能检测单方向过电压。在ITER极向场变流器系统中，旁通为并联在变流器两端的辅助设备，由多晶闸管并联组成。由于存在各晶闸管并联支路参数不一致及器件参数分散的特性，在触发并联的多晶闸管时，若脉冲宽度过窄则会导致部分并联的晶闸管无法导通，从而使得少量导通的晶闸管元件因承受过载电流而损坏；ITER极向场变流器四象限运行时，在任一变流器两端都可能存在正极性或负极性的电压。因此，现有的过压检测保护方法不适用于ITER极向场变流器的串联过压检测保护，宽触发脉冲功能和双向过压检测对ITER极向场变流器的串联过压检测保护至关重要。
发明内容
本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种双向过压检测保护模块。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种双向过压检测保护模块，通过4个高压快恢复二极管D3、D4、D5、D6构成整流桥对被检测电压信号极性进行归并，归并后的电压信号依次通过限流电阻R6、BOD器件、取样电阻R7、稳压二极管D7获得过电压信号，其中限流电阻R6、BOD器件和取样电阻R7串联，取样电阻R7与稳压二极管并联，所获得的过电压信号通过单谐振荡器展宽成宽脉冲信号，再由后级频率调制电路将该宽脉冲信号进行频率调制，最后通过触发脉冲输出电路将该信号送入旁通晶闸管触发单元，从而实现双向过电压自动检测与保护。
所述的单谐振荡器包括有CD4538BCM芯片U1、电容C1、电阻R1，CD4538BCM芯片U1的AaIN端为所述的过电压信号的输入端，QaOUT端为所述的宽脉冲信号输出端，电阻R1的一端连接VCC5V，另一端分别连接电容C1和CD4538BCM芯片U1的T2A端，电容C1与T1A端连接。
所述的频率调制电路包括有NE555D芯片U2、电容C2、电容C3、二极管D1、二极管D2、电阻R4和电阻R5，所述的NE555D芯片U2的THRES端和CONT端分别与电容C2和电容C3连接，电容C2和电容C3的另一端接地，NE555D芯片U2的DISCH端和THRES端分别连接二极管D1的正极和负极，电阻R5和二极管D2串联后再与二极管D1并联，电阻R4的两端分别与电阻R5和所述的CD4538BCM芯片U1的QaOUT端，NE555D芯片U2的OUT端连接触发脉冲输出电路。
所述的触发脉冲输出电路包括有电阻R2、电阻R3、光发送器U3和三极管Q1，所述的电阻R3的一端连接所述的NE555D芯片U2的OUT端，电阻R3的另一端连接三极管Q1的基极，三极管Q1的发射极接地，三极管Q1的集电极连接光发送器U3的负极，电阻R2分别与5V电源和光发送器U3的正极连接。
所述的旁通晶闸管触发单元是通过正向保护执行器件和反向保护执行器件并联构成的，所述的正向保护执行器件是通过六个晶闸管SCR1、SCR2、SCR3、SCR4、SCR5、SCR6并联构成的，所述的反向保护执行器件是通过六个晶闸管SCR7、SCR8、SCR9、SCR10、SCR11、SCR12并联构成的。
通过4个高压快恢复二极管构成整流桥对检测到的电压信号极性进行归并，归并后的电压信号通过限流电阻、BOD器件、取样电阻和稳压二极管获得过电压信号，再通过单谐振荡器将过压信号展宽成宽脉冲信号并由后级频率调制电路将该宽脉冲信号进行频率调制，最后通过光发送器将该信号送入旁通晶闸管触发单元，从而实现双向过电压的自动检测和保护。
本发明的优点是：本发明使用4个高压快恢复二极管构成整流桥对检测到的电压信号进行极性归并，可以实现双向电压检测；使用单谐振荡器展宽原始过电压信号的脉冲宽度，并通过频率调制电路对宽脉冲信号频率调制，使该信号可以可靠触发保护执行器件，达到过压保护目的。
附图说明
图1 旁通晶闸管触发单元原理图。
图2本发明工作原理图。
图3 单谐振荡器原理图。
图4 频率调制电路原理图。
图5 触发脉冲输出原理图。
图6 过电压检测保护测试波形图。
具体实施方式
如图2所示，一种双向过压检测保护模块，通过4个高压快恢复二极管D3、D4、D5、D6构成整流桥对被检测电压信号极性进行归并，归并后的电压信号依次通过限流电阻R6、BOD器件、取样电阻R7、稳压二极管D7获得过电压信号，其中限流电阻R6、BOD器件和取样电阻R7串联，取样电阻R7与稳压二极管并联，所获得的过电压信号通过单谐振荡器1展宽成宽脉冲信号，再由后级频率调制电路2将该宽脉冲信号进行频率调制，最后通过触发脉冲输出电路3将该信号送入旁通晶闸管触发单元，从而实现双向过电压自动检测与保护。
如图3所示，所述的单谐振荡器包括有CD4538BCM芯片U1、电容C1、电阻R1，CD4538BCM芯片U1的AaIN端为所述的过电压信号的输入端，QaOUT端为所述的宽脉冲信号输出端，电阻R1的一端连接VCC5V，另一端分别连接电容C1和CD4538BCM芯片U1的T2A端，电容C1与T1A端连接。
如图4所示，所述的频率调制电路包括有NE555D芯片U2、电容C2、电容C3、二极管D1、二极管D2、电阻R4和电阻R5，所述的NE555D芯片U2的THRES端和CONT端分别与电容C2和电容C3连接，电容C2和电容C3的另一端接地，NE555D芯片U2的DISCH端和THRES端分别连接二极管D1的正极和负极，电阻R5和二极管D2串联后再与二极管D1并联，电阻R4的两端分别与电阻R5和所述的CD4538BCM芯片U1的QaOUT端，NE555D芯片U2的OUT端连接触发脉冲输出电路。
如图5所示，所述的触发脉冲输出电路包括有电阻R2、电阻R3、光发送器U3和三极管Q1，所述的电阻R3的一端连接所述的NE555D芯片U2的OUT端，电阻R3的另一端连接三极管Q1的基极，三极管Q1的发射极接地，三极管Q1的集电极连接光发送器U3的负极，电阻R2分别与5V电源和光发送器U3的正极连接。
如图1所示，所述的旁通晶闸管触发单元是通过正向保护执行器件和反向保护执行器件并联构成的，所述的正向保护执行器件是通过六个晶闸管SCR1、SCR2、SCR3、SCR4、SCR5、SCR6并联构成的，所述的反向保护执行器件是通过六个晶闸管SCR7、SCR8、SCR9、SCR10、SCR11、SCR12并联构成的。
具体应用方式如图1所示，双向过压检测保护模块由旁通A、B点连接输入检测到的电压信号，双向过压检测保护模块输出触发信号给旁通晶闸管。
如图2所示，高压快恢复二极管D3、D4、D5、D6组成整流桥，对A、B两点输入的电压信号进行极性归并。为后级BOD器件提供单极性正向被测信号源。
如图2所示，归并后的被测电压信号通过限流电阻R6后进入BOD的阳极，BOD阴极与由电阻R7、电容C4、5V稳压二极管D7组成的取样电路相接，获得过压窄脉冲信号Pulse_S。
过压窄脉冲信号Pulse_S经过单谐振荡器后脉冲宽度展宽到1ms，得到宽脉冲信号Pulse_W。单谐振荡器电路如图3。
宽脉冲信号Pulse_W经频率调制电路调制成5kHz-15kHz的调制信号Pulse_M。频率调制电路原理图如图4所示。
调制信号Pulse_M接入信号输出电路，信号输出电路将信号Pulse_M信号通过三极管Q1放大后由光发送器U3转换成光脉冲信号输出。
当过压检测保护模块检测到A、B两端过压信号时，双向过压检测保护模块输出的脉冲信号用于触发并联在变流器两端的旁通晶闸管，使旁通导通对变流器直流侧短路，从而达到保护变流器不因过压损坏目的。
双向过压检测保护模块测试波形如图6。其中通道CH1是A、B两端电压信号也就是过压保护检测模块输入信号，通道2是过压保护检测模块最终输出的触发信号。
本发明公布的设计，各功能模块有机组合达到双向过压检测保护功能，并可靠触发保护执行器。
单谐振荡器实现原理不限于本发明公布的电路，可以有其它电路实现方式。
频率调制电路实现原理不限于本发明公布的电路，可以有其它电路实现方式。
Claims (5)
1.一种双向过压检测保护模块，其特征在于：通过4个高压快恢复二极管D3、D4、D5、D6构成整流桥对被检测电压信号极性进行归并，归并后的电压信号依次通过限流电阻R6、BOD器件、取样电阻R7、稳压二极管D7获得过电压信号，其中限流电阻R6、BOD器件和取样电阻R7串联，取样电阻R7与稳压二极管并联，所获得的过电压信号通过单谐振荡器展宽成宽脉冲信号，再由后级频率调制电路将该宽脉冲信号进行频率调制，最后通过触发脉冲输出电路将该信号送入旁通晶闸管触发单元，从而实现双向过电压自动检测与保护。
2.根据权利要求1所述的一种双向过压检测保护模块，其特征在于：所述的单谐振荡器包括有CD4538BCM芯片U1、电容C1、电阻R1，CD4538BCM芯片U1的AaIN端为所述的过电压信号的输入端，QaOUT端为所述的宽脉冲信号输出端，电阻R1的一端连接VCC5V，另一端分别连接电容C1和CD4538BCM芯片U1的T2A端，电容C1与T1A端连接。
3.根据权利要求1所述的一种双向过压检测保护模块，其特征在于：所述的频率调制电路包括有NE555D芯片U2、电容C2、电容C3、二极管D1、二极管D2、电阻R4和电阻R5，所述的NE555D芯片U2的THRES端和CONT端分别与电容C2和电容C3连接，电容C2和电容C3的另一端接地，NE555D芯片U2的DISCH端和THRES端分别连接二极管D1的正极和负极，电阻R5和二极管D2串联后再与二极管D1并联，电阻R4的两端分别与电阻R5和所述的CD4538BCM芯片U1的QaOUT端，NE555D芯片U2的OUT端连接触发脉冲输出电路。
4.根据权利要求1所述的一种双向过压检测保护模块，其特征在于：所述的触发脉冲输出电路包括有电阻R2、电阻R3、光发送器U3和三极管Q1，所述的电阻R3的一端连接所述的NE555D芯片U2的OUT端，电阻R3的另一端连接三极管Q1的基极，三极管Q1的发射极接地，三极管Q1的集电极连接光发送器U3的负极，电阻R2分别与5V电源和光发送器U3的正极连接。
5.根据权利要求1所述的一种双向过压检测保护模块，其特征在于：所述的旁通晶闸管触发单元是通过正向保护执行器件和反向保护执行器件并联构成的，所述的正向保护执行器件是通过六个晶闸管SCR1、SCR2、SCR3、SCR4、SCR5、SCR6并联构成的，所述的反向保护执行器件是通过六个晶闸管SCR7、SCR8、SCR9、SCR10、SCR11、SCR12并联构成的。
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