CN110277764B - 一种电网过压保护电路和方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种电网过压保护电路和方法，避免了电网过压情况下造成用电设备损坏。该电路包括半导体开关、过流保护装置和过压监测装置，其中：所述过压监测装置通过监测隔离变压器一次侧或者二次侧的电压来判断是否发生电网过压，当检测到发生电网过压时，控制所述半导体开关闭合；所述隔离变压器用于将电网电压降压后送入用电设备；所述半导体开关并联在所述隔离变压器二次侧，所述半导体开关的闭合会造成所述隔离变压器二次侧短路；所述过流保护装置设置在所述隔离变压器一次侧，用于在所述隔离变压器一次侧出现过流时断开电网与所述隔离变压器的连接。

Description

一种电网过压保护电路和方法

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，更具体地说，涉及一种电网过压保护电路和方法。

背景技术

当用电设备的供电电压和电网电压之间的压差较大时，通常是使用一个隔离变压器T1对电网电压进行降压，然后再接用电设备，如图1所示。由于电网电压不可避免会有一些波动，当电网电压向高电压方向波动时，用电设备可能会因为供电电压过高而损坏。

为实现电网过压保护，仍参见图1，现有技术设置了一个过压监测装置来监测隔离变压器T1一次侧或者二次侧的电压，一旦监测到发生电网过压，就控制隔离变压器T1一次侧的开关K1或者二次侧的开关K2跳开。但是由于开关K1和开关K2属于机械开关，跳开需要几十个毫秒的延时时间，而在这个延时时间内，用电设备有可能早已经损坏。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种电网过压保护电路和方法，以避免电网过压情况下造成用电设备损坏。

一种电网过压保护电路，包括半导体开关、过流保护装置和过压监测装置，其中：

所述过压监测装置通过监测隔离变压器一次侧或者二次侧的电压来判断是否发生电网过压，当检测到发生电网过压时，控制所述半导体开关闭合；所述隔离变压器用于将电网电压降压后送入用电设备；

所述半导体开关并联在所述隔离变压器二次侧，所述半导体开关的闭合会造成所述隔离变压器二次侧短路；

所述过流保护装置设置在所述隔离变压器一次侧，用于在所述隔离变压器一次侧出现过流时断开电网与所述隔离变压器的连接。

可选的，所述半导体开关并联在所述隔离变压器二次侧挂用电设备的绕组上；

或者，所述隔离变压器二次侧具有多个绕组，所述半导体开关并联在所述隔离变压器二次侧不挂任何用电设备的绕组上。

一种电网过压保护电路，包括半导体开关、过流保护装置和过压监测装置，其中：

所述过压监测装置通过监测隔离变压器一次侧或者二次侧的电压来判断是否发生电网过压，当检测到发生电网过压时，控制所述半导体开关闭合；

所述半导体开关并联在所述隔离变压器一次侧，所述半导体开关的闭合会造成所述隔离变压器一次侧短路；

所述过流保护装置设置在所述隔离变压器一次侧，用于在所述隔离变压器一次侧出现过流时断开电网与所述隔离变压器的连接。

可选的，所述电网过压保护电路应用于三相电网，对应的：

所述电网过压保护电路在所述隔离变压器一次侧的每一相线上都分别设置一个所述过流保护装置；

所述半导体开关属于三相开关，所述三相开关闭合后将其所在位置处的三根火线短接在一起。

可选的，所述电网过压保护电路应用于单相电网，对应的：

所述电网过压保护电路在所述隔离变压器一次侧的火线或N线上设置一个过流保护装置；

所述半导体开关为单相开关，所述单相开关闭合后将其所在位置处的火线和N线短接在一起。

可选的，所述半导体开关为MOSFET、IGBT、SCR或三极管。

可选的，所述过流保护装置为熔丝或断路器。

一种电网过压保护方法，应用于电网过压保护电路，所述电网过压保护电路包括半导体开关、过流保护装置和过压监测装置，其中：所述半导体开关并联在所述隔离变压器二次侧，所述半导体开关的闭合会造成所述隔离变压器二次侧短路；所述隔离变压器用于将电网电压降压后送入用电设备；所述过流保护装置设置在所述隔离变压器一次侧，用于在所述隔离变压器一次侧出现过流时断开电网与所述隔离变压器的连接；所述过压监测装置连接所述半导体开关的控制端；

所述电网过压保护方法包括：所述过压监测装置通过监测隔离变压器一次侧或者二次侧的电压来判断是否发生电网过压，当检测到发生电网过压时，控制所述半导体开关闭合。

可选的，所述半导体开关并联在所述隔离变压器二次侧挂用电设备的绕组上；

或者，所述隔离变压器二次侧具有多个绕组，所述半导体开关并联在所述隔离变压器二次侧不挂任何用电设备的绕组上。

一种电网过压保护方法，应用于电网过压保护电路，所述电网过压保护电路包括半导体开关、过流保护装置和过压监测装置，其中：所述半导体开关并联在所述隔离变压器一次侧，所述半导体开关的闭合会造成所述隔离变压器一次侧短路；所述隔离变压器用于将电网电压降压后送入用电设备；所述过流保护装置设置在所述隔离变压器一次侧，用于在所述隔离变压器一次侧出现过流时断开电网与所述隔离变压器的连接；所述过压监测装置连接所述半导体开关的控制端；

所述电网过压保护方法包括：所述过压监测装置通过监测隔离变压器一次侧或者二次侧的电压来判断是否发生电网过压，当检测到发生电网过压时，控制所述半导体开关闭合。

从上述的技术方案可以看出，本发明中，隔离变压器在检测到发生电网过压时，立即控制半导体开关闭合，使隔离变压器短路，以触发过流保护装置断开，从而实现过流保护，同时由于过流保护装置断开了电网与用电设备的连接，所以避免了电网过压情况下造成用电设备损坏。而且，由于半导体开关的开/关延时时间远小于机械开关，所以本发明的电网过压保护方案的实效性、可靠性更高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术公开的一种电网过压保护电路结构示意图；

图2为本发明实施例公开的一种电网过压保护电路结构示意图；

图3为本发明实施例公开的又一种电网过压保护电路结构示意图；

图4为本发明实施例公开的又一种电网过压保护电路结构示意图；

图5为本发明实施例公开的又一种电网过压保护电路结构示意图；

图6为本发明实施例公开的又一种电网过压保护电路结构示意图；

图7为本发明实施例公开的又一种电网过压保护电路结构示意图；

图8为本发明实施例公开的一种电网过压保护方法流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种电网过压保护电路，如图2或图3所示(图2是以应用于三相电网为例，图3是以应用于单相电网为例)，包括半导体开关K3、过流保护装置和过压监测装置，其中：

所述过压监测装置通过监测隔离变压器T1一次侧或者二次侧的电压来判断是否发生电网过压，当检测到发生电网过压时，控制半导体开关K3闭合。隔离变压器T1用于将电网电压降压后送入用电设备。

半导体开关K3并联在隔离变压器T1二次侧，半导体开关K3的闭合会造成隔离变压器T1二次侧短路。图2中的半导体开关K3属于三相开关，该三相开关闭合后将该三相开关所在位置处的三根火线短接在一起；图3中的半导体开关K3为单相开关，该单相开关闭合后将该单相开关所在位置处的火线和N线短接在一起。

在器件选型上，半导体开关K3例如可以是MOSFET(Metal-Oxide-SemiconductorField-Effect Transistor，金属氧化物半导体场效应晶体管)、IGBT(Insulated GateBipolar Transistor，绝缘栅双极晶体管)、SCR(Silicon Controlled Rectifier，可控硅整流器)或三极管等，但并不局限。

所述过流保护装置设置在隔离变压器T1一次侧，用于在隔离变压器T1一次侧出现过流时断开电网与隔离变压器T1的连接。图2中需要在隔离变压器T1一次侧的每一相线上都分别设置一个所述过流保护装置；图3中需要在隔离变压器T1一次侧的火线或N线上设置一个所述过流保护装置。

在器件选型上，所述过流保护装置例如可以是熔丝或断路器等，但并不局限，图2～图3中仅以熔丝FU1作为示例。

图2或图3所示实施例的工作原理如下：

隔离变压器T1在检测到发生电网过压时，立即控制半导体开关K3闭合，使隔离变压器T1二次侧短路。而隔离变压器T1的特性决定了，二次侧短路的话一次侧会出现瞬时较大电流。所述过流保护装置在隔离变压器T1一次侧出现瞬时较大电流时自动断开，从而实现过流保护，同时由于所述过流保护装置断开了电网与用电设备的连接，所以用电设备不再承受过电压，避免了电网过压情况下造成用电设备损坏。而且，半导体开关K3的开/关延时时间远小于机械开关，所以几乎是半导体开关K3接到闭合指令后即刻就实现了所述过流保护装置断开，可见本实施例的电网过压保护方案的实效性、可靠性更高。

图2～图3所示实施例均是以半导体开关K3并联在隔离变压器T1二次侧挂用电设备的绕组上为例，除此之外，当所述隔离变压器二次侧具有多个绕组时，半导体开关K3也可以更改为并联在隔离变压器T1二次侧不挂任何用电设备的绕组上，如图4或图5所示(图4是以应用于三相电网为例，图5是以应用于单相电网为例)。不论是让隔离变压器T1二次侧挂用电设备的那一个绕组短接(参见图2或图3)，还是让隔离变压器T1二次侧不挂任何用电设备的那一个绕组短接(参见图4或图5)，都会造成隔离变压器T1一次侧出现瞬时较大电流，触发所述过流保护装置断开，从而实现过流保护以及避免电网过压情况下造成用电设备损坏。

图2～图5所示实施例均是以半导体开关K3并联在隔离变压器T1二次侧为例，除此之外，半导体开关K3也可更改为并联在隔离变压器T1一次侧，如图6或图7所示(图6是以应用于三相电网为例，图7是以应用于单相电网为例)。图6或图7所示实施例的工作原理如下：

隔离变压器T1在检测到发生电网过压时，立即控制半导体开关K3闭合，使隔离变压器T1一次侧短路，此时隔离变压器T1一次侧出现较大的短路电流。所述过流保护装置在隔离变压器T1一次侧出现较大的短路电流时自动断开，从而实现过流保护，同时由于所述过流保护装置断开了电网与用电设备的连接，所以避免了电网过压情况下造成用电设备损坏。而且，半导体开关K3的开/关延时时间远小于机械开关，所以几乎是半导体开关K3接到闭合指令后即刻就实现了过流保护装置断开，本实施例的电网过压保护方案的实效性、可靠性更高。

图6～图7所示实施例与图2～图5所示实施例相比，由于半导体开关K3设置在隔离变压器T1一次侧，所以半导体开关K3闭合后K3上流过的短路电流更大，此时半导体开关K3要选用耐流能力更大一些的器件。

与上述电路实施例相对应的，本发明实施例还公开了一种电网过压保护方法，所述电网过压保护方法应用于电网过压保护电路，所述电网过压保护电路包括半导体开关、过流保护装置和过压监测装置，其中：所述半导体开关并联在所述隔离变压器二次侧，所述半导体开关的闭合会造成所述隔离变压器二次侧短路；所述隔离变压器用于将电网电压降压后送入用电设备；所述过流保护装置设置在所述隔离变压器一次侧，用于在所述隔离变压器一次侧出现过流时断开电网与所述隔离变压器的连接；所述过压监测装置连接所述半导体开关的控制端；

如图8所示，所述电网过压保护方法包括：

步骤S01：所述过压监测装置监测隔离变压器一次侧或者二次侧的电压；

步骤S02：所述过压监测装置根据监测到的隔离变压器一次侧或者二次侧的电压来判断是否发生电网过压，若发生电网过压，进入步骤S03，若未发生电网过压，返回步骤S01；

步骤S03：控制所述半导体开关闭合。

可选的，所述半导体开关并联在所述隔离变压器二次侧挂用电设备的绕组上；或者，所述隔离变压器二次侧具有多个绕组，所述半导体开关并联在所述隔离变压器二次侧不挂任何用电设备的绕组上。

本发明实施例还公开了又一种电网过压保护方法，所述电网过压保护方法应用于电网过压保护电路，所述电网过压保护电路包括半导体开关、过流保护装置和过压监测装置，其中：所述半导体开关并联在所述隔离变压器一次侧，所述半导体开关的闭合会造成所述隔离变压器一次侧短路；所述隔离变压器用于将电网电压降压后送入用电设备；所述过流保护装置设置在所述隔离变压器一次侧，用于在所述隔离变压器一次侧出现过流时断开电网与所述隔离变压器的连接；所述过压监测装置连接所述半导体开关的控制端；

所述电网过压保护方法包括：所述过压监测装置通过监测隔离变压器一次侧或者二次侧的电压来判断是否发生电网过压，当检测到发生电网过压时，控制所述半导体开关闭合。

综上所述，本发明中，隔离变压器在检测到发生电网过压时，立即控制半导体开关闭合，使隔离变压器短路，以触发过流保护装置断开，从而实现过流保护，同时由于过流保护装置断开了电网与用电设备的连接，所以避免了电网过压情况下造成用电设备损坏。而且，由于半导体开关的开/关延时时间远小于机械开关，所以本发明的电网过压保护方案的实效性、可靠性更高。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的方法而言，由于其与实施例公开的电路相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见电路部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明实施例的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明实施例将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种电网过压保护电路，其特征在于，包括半导体开关、过流保护装置和过压监测装置，其中：

所述过压监测装置通过监测隔离变压器一次侧或者二次侧的电压来判断是否发生电网过压，当检测到发生电网过压时，控制所述半导体开关闭合；所述隔离变压器用于将电网电压降压后送入用电设备；

所述半导体开关并联在所述隔离变压器二次侧，所述半导体开关的闭合会造成所述隔离变压器二次侧短路；所述隔离变压器的特性决定了，二次侧短路时一次侧会出现过流；

所述过流保护装置设置在所述隔离变压器一次侧，用于在所述隔离变压器一次侧出现过流时断开电网与所述隔离变压器的连接。

2.根据权利要求1所述的电网过压保护电路，其特征在于，所述半导体开关并联在所述隔离变压器二次侧挂用电设备的绕组上；

或者，所述隔离变压器二次侧具有多个绕组，所述半导体开关并联在所述隔离变压器二次侧不挂任何用电设备的绕组上。

3.一种电网过压保护电路，其特征在于，包括半导体开关、过流保护装置和过压监测装置，其中：

所述过压监测装置通过监测隔离变压器一次侧或者二次侧的电压来判断是否发生电网过压，当检测到发生电网过压时，控制所述半导体开关闭合；

所述半导体开关并联在所述隔离变压器一次侧，所述半导体开关的闭合会造成所述隔离变压器一次侧短路；

所述过流保护装置设置在所述隔离变压器一次侧，用于在所述隔离变压器一次侧出现过流时断开电网与所述隔离变压器的连接。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的电网过压保护电路，其特征在于，所述电网过压保护电路应用于三相电网，对应的：

所述电网过压保护电路在所述隔离变压器一次侧的每一相线上都分别设置一个所述过流保护装置；

所述半导体开关属于三相开关，所述三相开关闭合后将其所在位置处的三根火线短接在一起。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的电网过压保护电路，其特征在于，所述电网过压保护电路应用于单相电网，对应的：

所述电网过压保护电路在所述隔离变压器一次侧的火线或N线上设置一个过流保护装置；

所述半导体开关为单相开关，所述单相开关闭合后将其所在位置处的火线和N线短接在一起。

6.根据权利要求1-3中任一项所述的电网过压保护电路，其特征在于，所述半导体开关为MOSFET、IGBT、SCR或三极管。

7.根据权利要求1-3中任一项所述的电网过压保护电路，其特征在于，所述过流保护装置为熔丝或断路器。

8.一种电网过压保护方法，其特征在于，应用于电网过压保护电路，所述电网过压保护电路包括半导体开关、过流保护装置和过压监测装置，其中：所述半导体开关并联在隔离变压器二次侧，所述半导体开关的闭合会造成所述隔离变压器二次侧短路；所述隔离变压器的特性决定了，二次侧短路时一次侧会出现过流；所述隔离变压器用于将电网电压降压后送入用电设备；所述过流保护装置设置在隔离变压器一次侧，用于在所述隔离变压器一次侧出现过流时断开电网与所述隔离变压器的连接；所述过压监测装置连接所述半导体开关的控制端；

所述电网过压保护方法包括：所述过压监测装置通过监测隔离变压器一次侧或者二次侧的电压来判断是否发生电网过压，当检测到发生电网过压时，控制所述半导体开关闭合。

9.根据权利要求8所述的电网过压保护方法，其特征在于，所述半导体开关并联在所述隔离变压器二次侧挂用电设备的绕组上；

或者，所述隔离变压器二次侧具有多个绕组，所述半导体开关并联在所述隔离变压器二次侧不挂任何用电设备的绕组上。

10.一种电网过压保护方法，其特征在于，应用于电网过压保护电路，所述电网过压保护电路包括半导体开关、过流保护装置和过压监测装置，其中：所述半导体开关并联在隔离变压器一次侧，所述半导体开关的闭合会造成所述隔离变压器一次侧短路；所述隔离变压器用于将电网电压降压后送入用电设备；所述过流保护装置设置在所述隔离变压器一次侧，用于在所述隔离变压器一次侧出现过流时断开电网与所述隔离变压器的连接；所述过压监测装置连接所述半导体开关的控制端；

所述电网过压保护方法包括：所述过压监测装置通过监测隔离变压器一次侧或者二次侧的电压来判断是否发生电网过压，当检测到发生电网过压时，控制所述半导体开关闭合。

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