CN201038742Y

CN201038742Y - 一种整流元件温度监测与保护装置

Info

Publication number: CN201038742Y
Application number: CNU2007201010379U
Authority: CN
Inventors: 朱世良; 张宁
Original assignee: BAODING LAITE RECTIFIER MANUFACTURING Co Ltd
Current assignee: Baoding Laite Rectifier Co., Ltd.
Priority date: 2007-04-16
Filing date: 2007-04-16
Publication date: 2008-03-19
Anticipated expiration: 2017-04-16

Abstract

一种整流元件温度监测与保护装置，属保护技术领域，用于解决元器件过热烧毁的问题。其技术方案是：它由直流电源、温度检测电路、多通道A/D转换器、CPU以及保护执行电路组成，所述温度检测电路由六个结构完全相同的温度检测单元组成，每个温度检测单元均由温度传感器Rt和电位器W2串联而成，其串接点的输出信号接多通道A/D转换器的输入端，六个温度检测单元的输出信号分别接多通道A/D转换器的输入端；后者输出端Dout接CPU的P00端；保护执行电路接CPU的输出端，所述温度传感器Rt安装于硅整流元件的散热器上。本实用新型能避免元器件因冷却不良而烧坏，可有效保护大功率电力电子设备的安全运行。

Description

一种整流元件温度监测与保护装置

技术领域

本实用新型涉及一种大功率整流器硅整流元件的保护装置，属保护技术领域。

背景技术

在大功率电力电子设备(如整流、逆变设备)中，大功率电子元器件(如晶闸管、硅二极管、IGBT、集成电路等)往往由于运行温度过高而损坏，因而必须加以保护。目前，在整流设备中对整流元件的保护方法一般是对各整流元件的工作电流进行检测，当个别整流元件的电流过大时，保护装置发出警报，采取保护措施，防止硅整流元件因温度过高而烧坏。但是，对于采用水冷却的硅整流元件，如果冷却水路出现故障，即使工作电流不是很大，硅整流元件同样会由于冷却不良而温度升高，导致硅整流元件烧坏事故的发生。因此，现有的整流元件保护装置只能避免硅整流元件因电流过大而烧坏，而当冷却水路出现故障时，却不能对硅整流元件进行有效的保护。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种能在电流过大或冷却不良引起整流元件温度升高时对整流元件进行有效保护的整流元件温度监测与保护装置。

本实用新型所称问题是以下述技术方案实现的：

一种整流元件温度监测与保护装置，由直流电源、温度检测电路、多通道A/D转换器U5、CPU以及保护执行电路组成，所述温度检测电路由六个结构完全相同的温度检测单元组成，每个温度检测单元均由温度传感器Rt和电位器W2串联而成，其串接点的输出信号接多通道A/D转换器U5的输入端，六个温度检测单元的输出信号分别接多通道A/D转换器U5的A0～A5输入端；多通道A/D转换器U5的输出端Dout接CPU的POO端；保护执行电路接CPU的输出端，所述温度传感器Rt安装于硅整流元件的散热器上。

上述整流元件温度监测与保护装置，所述直流电源由变压器T、第二二极管D2、第三二极管D3、第三电容C3、第四电容C4以及三端稳压器U2组成，其中，变压器T、第二二极管D2、第三二极管D3接成全波整流电路，第四电容C4为其滤波电容，全波整流电路的输出接三端稳压器U2的Vin与GND端，第三电容C3为三端稳压器U2的输出端的滤波电容。

上述整流元件温度监测与保护装置，所述保护执行电路由继电器J构成，继电器J的线圈接CPU的一个输出端，其常闭触点串联于整流电路主回路中。

上述整流元件温度监测与保护装置，所述CPU与继电器J之间增设PLC，所述PLC的RXD、TXD端分别接CPU的TXD、RXD端，继电器J的线圈接PLC输出端P10。

上述整流元件温度监测与保护装置，所述CPU与PLC之间增设光电隔离电路GL，所述CPU的TXD、RXD端经光电隔离电路GL与上位机的RXD、TXD端连接。

一种整流元件温度监测与保护装置，由直流电源、温度检测电路、多通道A/D转换器U5、CPU、PLC以及保护执行电路组成，所述温度检测电路由结构完全相同的温度检测单元组成，每个温度检测单元对应一个整流元件，均由温度传感器Rt、第二电阻R2、第三电阻R3、运算放大器F、第三光隔芯片U3、第四光隔芯片U4以及电位器W1组成，其中，温度传感器Rt与第二电阻R2串联连接，其串接点的输出信号接运算放大器F的同相输入端，运算放大器F的输出端经第三光隔芯片U3的发光二极管、第四光隔芯片U4的发光二极管以及电阻R4接电源负极，第三光隔芯片U3的光敏三极管的集电极接电源正极，发射极经第三电阻R3接电源负极，第三光隔芯片U3的光敏三极管的发射极的反馈信号接运算放大器F的反相输入端，第四光隔芯片U4的光敏三极管的集电极接电源正极，发射极经电位器W1接电源负极，第四光隔芯片U4的光敏三极管发射极的输出信号接多通道A/D转换器U5的输入端；所述多通道A/D转换器U5和CPU各设置六个，分别对应六个整流桥臂，六个多通道A/D转换器U5的输出端Dout分别接六个CPU的POO端，六个CPU的TXD、RXD端接PLC的RXD、TXD端，保护执行电路接PLC的输出端，每个多通道A/D转换器U5的输入端A0～A7接2～8个温度检测单元，分别对应同一桥臂上的2～8个整流元件，所述温度传感器Rt安装于硅整流元件的散热器上。

上述整流元件温度监测与保护装置，所述直流电源设置六个，分别对应六个桥臂，均由DC/DC电源模块U1、稳压管D1、三端稳压器U2电阻R1以及电容C1、C2、C3组成，其中，DC/DC电源模块U1的输入端Vin、INO接电源，电容C1为DC/DC电源模块U1输出端Vout、OUTO之间的滤波电容，所述电阻R1与稳压管D1串联成稳压电路接于DC/DC电源模块U1的输出端Vout、OUTO之间，电容C2为其稳压输出端滤波电容，三端稳压器U2的Vin与GND端接于电阻R1的两端，其输出端接滤波第三电容C3；DC/DC电源模块U1的输出端接运算放大器F，三端稳压器U2的输出端接温度传感器Rt与第二电阻R2的串联电路。

上述整流元件温度监测与保护装置，所述保护执行电路由继电器J构成，继电器J的线圈接PLC的输出端P10，其常闭触点串联于整流电路主回路中。

本实用新型利用温度检测电路采集整流元件的温度模拟信号，此信号经多通道A/D转换器U5转换为数字信号后，进入CPU进行处理，得到温度值，最后信号被送到PLC或上位机。当某整流元件因工作电流过大或冷却不良或其它原因引起温度过高时，PLC或上位机向继电器发出控制信号，切断主回路，对整流元件实施保护，防止整流元件烧毁；本实用新型中，处于不同的主电源电平上的电路通过直流电源中的变压器、光隔离器件实现与其它电路之间的隔离，保证了装置的安全运行。本实用新型不仅适用于保护整流设备中的整流元件，也适用于保护其它设备中的大功率电力电子元器件。本实用新型能避免硅整流元件或其它大功率电力电子元器件因电流过大或冷却不良而烧坏，可有效保护大功率电力电子设备的安全运行。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步详述。

图1是本实用新型电原理框图；

图2是整流桥臂没有并联元件的整流器保护装置电原理图；

图3是整流桥臂有并联元件的整流器保护装置电原理图。

图中各标号为：U1、DC/DC电源模块，U2、三端稳压器，U3、光隔芯片，U4、光隔芯片，U5、多通道A/D转换器，GL、光电隔离电路，J、继电器，T-1～T-6、温度检测单元。

具体实施方式

图中，三端稳压器U2的型号采用7805，第三光隔芯片U3、U4的型号采用SFH615A-4，多通道A/D转换器U5的型号采用TLV2556，CPU的型号采用STC12C5410AD。

本实用新型使用NTC型温度传感器，它是一种非线性电阻元件，其电阻值与其温度成反比。由于其体积比较小，电阻随温度变化的灵敏度比较高，因此适合作硅整流元件的温度检测元件。具体实施时，为保证安全，不能将传感器的绝缘作为主绝缘使用，温度传感器的外壳对硅整流元件散热器或阴极/阳极的绝缘强度应不小于2000Vrms/1分钟。

图2中，温度检测单元有六个，适合在整流桥臂没有并联元件的三相整流器设备中使用，每个温度检测单元对应一个桥臂上的整流元件，整流回路与工频电源的绝缘由变压器T承担。对于三相整流器，一般情况下不需要PLC或上位机就可工作。当整流器相数较多，或有多个整流器工作时，可增设PLC或上位机，利用PLC或上位机收集数据、实施保护。图2中，如果温度传感器Rt和CPU同处于一个主回路电平上，就必须使用光电隔离电路GL，防止高电压对PLC或上位机造成损害。

图3是适合整流桥臂有并联元件的整流器保护装置的电原理图。图3中，三端稳压器U2的+5V输出端与GND之间的输出电压经温度传感器Rt与下拉第二电阻R2分压，得到的温度传感器输出信号进入运算放大器F的同相输入端。运算放大器F、第三光隔芯片U3、第四光隔芯片U4、第三电阻R3、第四电阻R4以及电位器W1构成一个具有光电隔离功能的信号放大器，放大倍数设计为“1”。其工作原理是：运算放大器F直接向第三光隔芯片U3、第四光隔芯片U4的发光二极管和R4的串联电路供电，流过第三光隔芯片U3、第四光隔芯片U4的发光二极管的电流大小相等，而光电隔离输出三极管的输出电流在R3上的压降作为反馈信号送到运放的反相输入端(这是通过光电隔离的间接的反馈)，由于运放的高放大倍数，R3上的压降与温度传感器的输出电压应该相等，保证运放的正负输入的电压值完全相等。如果光隔芯片CTR(电流传输率)参数完全一致，第三电阻R3和电位器W1中的电流就相等，如果再调节W1的电阻值与R4相等，那么电位器W1两端的电压，即光隔芯片U4光敏三极管发射极的输出电压就和R3上的电压相等，也就是和温度传感器输出信号电压相等。具体实施时并不要求W1上的电压与温度传感器输出信号电压完全相等，也用不着挑选光隔芯片的CTR参数完全一致，只要成正比例就可以了。使用电位器W1是为了调整同一桥臂上各温度通道的一致性。该放大器不仅能够将温度传感器Rt的输出电压，线性地从处于高电压位置的前级传输到处于CPU电源电压的后级，而且实现了光电隔离。图3中，第四光隔芯片U4的发光二极管处于要加强绝缘的高电压隔离系统，而其光敏三极管处于CPU的5V电源系统中。

图3中，DC/DC电源模块U1、稳压管D1、三端稳压器U2电阻R1以及电容C1、C2、C3构成了供电的直流电源。DC/DC电源模块U1采用5V输入，单路12V输出，该12V输出电压经过电阻R1和稳压管D1，在稳压管D1上产生一个约3.5V的电压，这使得运算放大器F得到一个相对于电阻R1和稳压管D1的串接点+8.5V和-3.5V的电压，也就是说，运算放大器F的电源负极电位比温度信号的负极电位低3.5V，保证了运算放大器F在0～5V范围内有良好的输出特性。三端稳压器7805的输出电压，给同一桥臂上的各温度传感器提供工作电源。实际实施时，直流电源也可以使用单路输入双路输出的稳压模块，性能是完全相同的。

图3中，每个多通道A/D转换器U5的输入端A0～A3分别接有四个温度检测单元，这是同一桥臂上有四支并联的硅整流元件的情况。如果有更多的并联元件，可以起用A0到A7八个通道。如果使用八个通道，就要使用两块四运放芯片和8对(16片)光隔芯片，而DC/DC电源模块、三端稳压器U2、多通道A/D转换器U5、和CPU是共用的。

对于同一桥臂上有四支并联的硅整流元件的三相整流器设备，每个桥臂上的四个温度检测单元共用一个多通道A/D转换器U5和一个CPU，六个桥臂有六个多通道A/D转换器U5、六个CPU和二十四个温度检测单元，图3中只画出了一个桥臂上的四个温度检测单元、一个多通道A/D转换器U5和一个CPU。A/D转换后的数据存放于CPU的内部RAM中，此数据通过CPU的TXD和RXD口线，向PLC或上位机汇报。所有六个CPU的TXD口线完全直接并联后与PLC或上位机的RXD口线连接；所有六个CPU的RXD口线也完全直接并联后再与PLC或上位机的TXD口线连接。

Claims

1.一种整流元件温度监测与保护装置，其特征是，它由直流电源、温度检测电路、多通道A/D转换器(U5)、CPU以及保护执行电路组成，所述温度检测电路由六个结构完全相同的温度检测单元组成，每个温度检测单元均由温度传感器(Rt)和电位器(W2)串联而成，其串接点的输出信号接多通道A/D转换器(U5)的输入端，六个温度检测单元的输出信号分别接多通道A/D转换器(U5)的A0～A5输入端；多通道A/D转换器(U5)的输出端Dout接CPU的P00端；保护执行电路接CPU的输出端，所述温度传感器安装于硅整流元件的散热器上。

2.根据权利要求1所述整流元件温度监测与保护装置，其特征是，所述直流电源由变压器(T)、第二二极管(D2)、第三二极管(D3)、第三电容(C3)、第四电容(C4)以及三端稳压器(U2)组成，其中，变压器、第二二极管(D2)、第三二极骨(D3)接成全波整流电路，第四电容(C4)为其滤波电容，全波整流电路的输出接三端稳压器(U2)的Vin与GND端，第三电容(C3)为三端稳压器(U2)的输出端的滤波电容。

3.根据权利要求2所述整流元件温度监测与保护装置，其特征是，所述保护执行电路由继电器(J)构成，继电器的线圈接CPU的输出端P03，其常闭触点串联于整流电路主回路中。

4.根据权利要求2或3所述整流元件温度监测与保护装置，其特征是，所述CPU与继电器(J)之间增设PLC，所述PLC的RXD、TXD端分别接CPU的TXD、RXD端，继电器的线圈接PLC输出端P10。

5.根据权利要求4所述整流元件温度监测与保护装置，其特征是，所述CPU与PLC之间增设光电隔离电路(GL)，所述CPU的TXD、RXD端经光电隔离电路(GL)与上位机的RXD、TXD端连接。

6.一种整流元件温度监测与保护装置，其特征是，它由直流电源、温度检测电路、多通道A/D转换器(U5)、CPU、PLC以及保护执行电路组成，所述温度检测电路由结构完全相同的温度检测单元组成，每个温度检测单元对应一个整流元件，均由温度传感器(Rt)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)、运算放大器(F)、第三光隔芯片(U3)、第四光隔芯片(U4)以及电位器(W1)组成，其中，温度传感器与第二电阻(R2)串联连接，其串接点的输出信号接运算放大器的同相输入端，运算放大器的输出端经第三光隔芯片(U3)的发光二极管、第四光隔芯片(U4)的发光二极管以及第四电阻(R4)接电源负极，第三光隔芯片(U3)的光敏三极管的集电极接电源正极，发射极经第三电阻(R3)接电源负极，第三光隔芯片(U3)的光敏三极管的发射极的反馈信号接运算放大器的反相输入端，第四光隔芯片(U4)的光敏三极管的集电极接电源正极，发射极经电位器(W1)接电源负极，第四光隔芯片(U4)的光敏三极管发射极的输出信号接多通道A/D转换器(U5)的输入端；所述多通道A/D转换器(U5)和CPU各设置六个，分别对应六个整流桥臂，六个多通道A/D转换器(U5)的输出端Dout分别接六个CPU的P00端，六个CPU的TXD、RXD端接PLC的RXD、TXD端，保护执行电路接PLC的输出端，每个多通道A/D转换器(U5)的输入端A0～A7接2～8个温度检测单元，分别对应同一桥臂上的2～8个整流元件，所述温度传感器安装于硅整流元件的散热器上。

7.根据权利要求6所述整流元件温度监测与保护装置，其特征是，所述直流电源设置六个，分别对应六个桥臂，均由DC/DC电源模块(U1)、稳压管(D1)、三端稳压器(U2)、电阻(R1)以及第一电容(C1)、第二电容(C2)、第三电容(C3)组成，其中，DC/DC电源模块(U1)的输入端Vin、IN0接电源，第一电容(C1)为DC/DC电源模块U1输出端Vout、OUT0之间的滤波电容，所述电阻(R1)与稳压管(D1)串联成稳压电路接于DC/DC电源模块(U1)的输出端Vout、OUT0之间，第二电容(C2)为其稳压输出端滤波电容，三端稳压器(U2)的Vin与GND端接于电阻(R1)的两端，其输出端接第三电容(C3)；DC/DC电源模块(U1)的输出端接运算放大器，三端稳压器(U2)的输出端接温度传感器(Rt)与电阻(R2)的串联电路。

8.根据权利要求6或7所述整流元件温度监测与保护装置，其特征是，所述保护执行电路由继电器(J)构成，继电器的线圈接PLC的输出端P10，其常闭触点串联于整流电路主回路中。