CN201269910Y - 功率变换器状态在线跟踪仪 - Google Patents

Abstract

一种功率变换器状态在线跟踪仪，解决离线测试功率变换器状态不能直观反映出功率变换器性能劣化趋势的问题，本实用新型的在线跟踪仪的输入电源线中连接－受控于被跟踪的功率变换器的工作电源的常闭触点，并设计了测试功率变换器在线状态各电流、电压信号用的电压调节变压器、升压变压器、控制电源变压器、整流电路、稳压电路等部件。当功率变换器停止工作时，在线跟踪仪自动接通电源，输出预先调节好的直流电压值，直观测出功率变换器的漏电流，实现了对功率变换器状态的在线测试，能有效对功率变换器状态或用功率器件的劣化情况进行掌控，从而可有效地对电力电子功率变换器实施状态维修。

Description

功率变换器状态在线跟踪仪

技术领域

本实用新型涉及一种功率变换器状态在线跟踪仪，属于电力电子技术及其测量技术。

背景技术

目前，对电器设备漏泄电流测试方法有很多，但基本原理与摇表测量电器设备绝缘电阻的原理类同，漏泄(传导)电流就是电器设备通过绝缘层而传导至“地”电流，所以能通过漏泄电流反映出电器设备的绝缘状态。但当检测非线性的漏电特性时，摇表测量电器不能正确的反映出电力电子器件相关的绝缘和阻断特性。

本实用新型受电器设备漏泄电流测试的启发。但是，其采用的技术手段与前者完全不同。

下面简单描述目前对电力电子器件漏电流的测试方法。

电力电子功率变换装置已普遍应用于各个领域，特别是应用于工业的装置，其单机组容量都较大，装配结构一般都较复杂，这就给装置状态的把握带来困难。常规的电力电子功率变换装置状态的掌控主要靠定期进行器件漏电流的测试，这种测试的首要条件是器件能较方便从装置上拆卸才行，而随着电力电子器件集成化(模块化)发展，拆卸器件测试已经成为不现实的做法。所以，必须寻求一种对电力电子功率变换装置状态测试的新手段。

电力电子器件漏电流具有非线性特性，与电器设备漏泄电流具有完全不同的概念。电力电子器件漏电流是衡量器件质量的一个重要参数，产品出厂时对器件进行断态重复或不重复峰值电压试验得到相应的电流值，这个电流值人们常称为漏电流，该电流能明显反映器件的劣化状态。

检索国内外专利，目前对电力电子装置状态的测试均采用离线测试仪器，纯属对单一器件的漏电流测试，没有发现有采用在线测试仪器(功率变换装置没受电情况下)的，因此，无法通过监测仪的电流值直观反映出功率变换装置的状态和功率器件的性能劣化趋势。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决现有技术存在的问题，提供一种功率变换器状态在线跟踪仪，是一种对电力电子功率变换器进行停电时的在线状态测试的仪器，通过跟踪仪的电流值能够直观反映出功率变换器的状态和功率器件的性能劣化趋势。

本实用新型的目的是这样实现的：

一种功率变换器状态在线跟踪仪，其特征在于所述在线跟踪仪的信号输入端与被跟踪的功率变换器的被测信号测试端连接，信号输出端与显示被测信号值的读取电路连接，所述在线跟踪仪的结构为：

输入电源，为220V单相交流电，其中一端电源线中串联连接一电源按钮SB1；

所述电源按钮SB1串联连接一电源常闭触点K2-1，该电源常闭触点K2-1或是与所述功率变换器的输入电压电缆线连接的在线测试用继电器K2的常闭触点，或是所述功率变换器的主回路供电开关的辅助常闭触点；

所述电源常闭触点K2-1串联连接一测量按钮SB2；

所述测量按钮SB2串联连接一过电流保护继电器ZJ1的常闭触点ZJ1-1，该过电流保护继电器ZJ1安装于所述读取电路中；

所述电流保护继电器常闭触点ZJ1-1串联连接一时间继电器SJ1的常闭触点SJ1-1，该时间继电器的SJ1的一端连接于电源常闭触点K2-1和测量按钮SB2的公共连接点，另一端连接于在线跟踪仪的输入电源的另一端；

所述接有电源按钮SB1的这一端电源线经电源按钮SB1后与输入电源的另一端之间连接一控制电源变压器T3，该控制电源变压器T3输出包含参考电压信号XT35、同步电压信号XT15的数种工作电压信号；

时间继电器常闭触点SJ1-1的另一端与所述在线跟踪仪的输入电源的另一端之间连接一电压调节变压器T1，电压调节变压器T1的二次侧作为一升压变压器T2的一次侧电压；

所述升压变压器T2的二次侧升压电压连接一整流电路；

所述整流电路连接一稳压电路，稳压电路的结构为：数个二极管串联，每个二极管分别并联一个电阻，该串联的数个二极管与由数个电阻构成的串联电阻进行并联，在该串联电阻中有一个电阻为可调电阻器，可调电阻器的可调端为所述功率变换器的漏电流对应的电压取样点VCY1；

所述稳压电路串联连接由第19电阻R19和第20电阻R20以及功率变换器组成的分压电路，稳压电路与分压电路的公共接点与所述控制电源变压器T3的参考电压信号XT35端连接，所述第19电阻R19与第20电阻R20的公共接点XT22是所述功率变换器的漏电流取样点；

所述电源按钮SB1和电源常闭触点K2-1的公共连接点与所述在线跟踪仪的输入电源的另一端之间连接由切换接触器CJ1与正反向按钮SB3组成的串联电路，所述整流电路的输出端与所述第20电阻R20不与第19电阻R19连接的这一端之间串联连接由所述切换接触器CJ1的第1常开触点CJ1-1及第3常闭触点CJ1-3组成的串联电路，该第1常开触点CJ1-1及第3常闭触点CJ1-3的公共接点连接所述功率变换器的一个测试端，该第1常开触点CJ1-1及第3常闭触点CJ1-3的串联电路并联连接由切换接触器CJ1的第2常闭触点CJ1-2及第4常开触点CJ1-4组成的串联电路，该第2常闭触点CJ1-2及第4常开触点CJ1-4的公共接点连接所述功率变换器的另一个测试端；

所述漏电流取样点XT22的信号和漏电流对应的电压取样点VCY1的信号以及控制电源变压器T3输出的同步电压信号XT15送入所述读取电路的输入端。

本实用新型的有益效果：

本在线跟踪仪实现了对电力电子装置状态的在线测试，能够跟踪电力电子器中共阴极组或共阳极组功率器及其电容器、电阻器等在内的漏电流的综合反映状态，不仅反映了电力电子装置性能状态的变化，还能有效对功率变换装置用功率器件劣化情况进行掌控。所以，本实用新型通过跟踪仪的电流值能够直观反映出功率变换器的状态和功率器件的性能劣化趋势，从而可有效地对电力电子功率变换器实施状态维修。

为进一步说明本实用新型的上述目的、结构特点和效果，以下将结合附图对本实用新型进行详细说明。

附图说明

图1为本实用新型在线跟踪仪的主电路图；

图2为图1中的在线测试用继电器接线图。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的功率变换器状态在线跟踪仪的具体实施方式进行详细说明。

参见图1，图1为本实用新型在线跟踪仪的主电路图。

本实用新型的在线跟踪仪100的信号输入端与被跟踪的功率变换器200的被测信号测试端连接，信号输出端与显示被测信号值的读取电路300连接。下面详细说明在线跟踪仪100的结构。

输入电源为220V单相交流电，由000#、001#电缆电源线供给，其中000#电缆电源线接有保险丝F。

保险丝F串联连接一电源按钮SB1，该电源按钮SB1是带自锁功能的按钮，控制电源的接通或关断，即按下电源接通，再按一下则断开。

电源按钮SB1串联连接一电源常闭触点K2-1，电源常闭触点K2-1受控于被跟踪的功率变换器200的输入电压，例电源常闭触点K2-1可以是在线测试用继电器K2的一对常闭触点，该在线测试用继电器K2与功率变换器200的输入电压电缆线CA21、CA22连接(如图2所示)，一旦功率变换器200供电准备运行时，其常闭触点断开，使得在线跟踪仪100退出检测状态。电源常闭触点K2-1也可以取自功率变换器200的主回路供电开关(未图示)的辅助常闭触点，只要该主回路供电开关投合，其辅助常闭触点断开，使得在线跟踪仪100退出检测状态。在应用在线测试用继电器K2时要注意继电器电压等级与功率变换器200的输入电源要匹配，否则需采取相应措施。上述输入电压电缆线CA21、CA22可以引至仪器面板上与圆形插孔相连接，方便了K2电源的引入。如果电源常闭触点K2-1采用功率变换器200主回路电源开关的常闭接点替代时，K2继电器就不需要了。

电源常闭触点K2-1串联连接一测量按钮SB2，该测量按钮SB2是带自锁功能的按钮，当功率变换器200处于停机状态时，若需要在线跟踪仪100跟踪时，按下测量按钮SB2即可检测功率变换器200的状态，而当功率变换装置主回路送电，则自动地即刻中断在线跟踪测试，设置SB2也可实现人为中断在线测试的目的，跟踪时若不需在线检测时，则只需再按一次，使其断路即可。

测量按钮SB2串联连接一过电流保护继电器ZJ1的常闭触点ZJ1-1，该过电流保护继电器ZJ1安装于所述读取电路300中(未图示)，当被测对象(功率变换器200)性能劣化或有异常时导致漏电流过大的情况时，过电流保护继电器ZJ1动作，其常闭触点ZJ1-1断开，将在线跟踪仪100的输入电源切断并报警。

电流保护继电器常闭触点ZJ1-1串联连接一时间继电器SJ1的常闭触点SJ1-1，时间继电器的SJ1的一端连接于电源常闭触点K2-1和测量按钮SB2的公共连接点(005#电缆处)，另一端连接于在线跟踪仪100的输入电源的另一端(本实施例中为不接保险丝的电源线001#电缆的这一端)。时间继电器SJ1的主要功能是通过延时释放其常闭触点SJ1-1，控制在线跟踪仪100的测试时间，通常时间可在15秒至30秒之间设定，这可根据用户需求来确定。

上述接有电源按钮SB1的这一端电源线经电源按钮SB1后与输入电源的另一端之间(001#、003#电缆之间)连接一控制电源变压器T3，向T3提供电源，该控制电源变压器T3的副边设计为多绕组形式(未图示)，以向在线跟踪仪100的不同部件提供电源，例，XT35是参考电压信号输出端，XT15是同步电压信号输出端，还有+12V、-12V、+5V等输出端。这种隔离式电源设计有效提高设计电路的可靠性和仪器运用的安全性，并起到了简化电路的作用。

时间继电器常闭触点SJ1-1的另一端与所述在线跟踪仪100的输入电源的另一端(001#电缆)之间连接一电压调节变压器T1，当确定了某功率变换器200的漏电流测试电压时，就需要通过电压调节变压器T1来调节电压，直达到确定值时锁定调节位置。电压调节变压器T1的二次侧直接作为升压变压器T2的一次侧电压。

升压变压器T2的二次侧升压电压通过电阻R0直接连接一整流电路，整流电路是由数个二极管(例ZD1与ZD8)串联组成的单相半波整流电路，串联目的是提高二极管的耐压，每个二极管分别并联一个电阻(例R1与R8)。整流电路输出0至4000V直流电压，最大电流1000毫安。

整流电路与一稳压电路连接，稳压电路的结构为：数个二极管(例ZD9、ZD16)串联，每个二极管分别并联一个电阻(例R9与R10)，该串联的数个二极管与由数个电阻(例R12至R18)构成的串联电阻进行并联，其中，电阻R18为带电位调节的可调电阻器，电阻R18的可调端为功率变换器200漏电流对应的电压取样点VCY1(该取样点的电压值与在线跟踪仪200的整流电路输出的输出电压成线性变化关系，如整流电路输出最大电压为4000V，则取样电压可调节为4V)。

所述稳压电路串联连接由第19电阻R19和第20电阻R20以及功率变换器200组成的分压电路，稳压电路与分压电路的公共接点与所述控制电源变压器T3的参考电压信号XT35端连接，当在线跟踪仪100的信号输入电缆017#、018#(在线跟踪仪100的信号输入端)分别与功率变换器200的被测信号的测试端连接后，在线跟踪仪100一旦有输出电压，就在电阻R19上产生压降，由于XT35是参考电压点，所以，电阻R19与R20的公共接点XT22即是功率变换器200漏电流取样点。

将XT22的漏电流取样信号和VCY1漏电流电压取样信号以及控制电源变压器T3的同步电压输出端XT15输出的同电压信号一起送入显示被测信号值的读取电路300(因本申请不保护该读取电路300，未详细图示其结构)，由读取电路300显示读取功率变换器200的漏电流电压值及漏电流值。

在电源按钮SB1和电源常闭触点K2-1的公共连接点(003#电缆处)与所述在线跟踪仪100的输入电源的另一端(001#电缆处)之间连接一由被测对象正/反极性切换接触器(简称切换接触器CJ1)与正反向按钮SB3组成的串联电路(由004#电缆连接)，切换接触器CJ1是为功率变换器200的共阳极组(或共阴极组)的正/反向极性切换而设计的，本实施例中上述整流电路的输出端与电阻R20不与电阻R19连接的这一端之间串联连接由所述切换接触器CJ1的第1对常开触点CJ1-1及第3对常闭触点CJ1-3组成的串联电路，该第1对常开触点CJ1-1及第3对常闭触点CJ1-3的公共接点用电缆017#连接功率变换器200的一个测试端，该第1对常开触点CJ1-1及第3对常闭触点CJ1-3的串联电路并联连接由切换接触器CJ1的第2对常闭触点CJ1-2及第4对常开触点CJ1-4组成的串联电路，该第2对常闭触点CJ1-2及第4对常开触点CJ1-4的公共接点用电缆018#连接功率变换器200的另一个测试端，这样的连接结构保证功率变换器200的共阳极组(或共阴极组)的正/反向极性切换，其中第2对常闭接点CJ1-2与第3对常闭接点CJ-3作为被测对象的正向测试，而第1对常开接点CJ1-1与第4对常开接点CJ1-4作为被测对象的反向测试。采用切换接触器CJ1，就不需要切换在线跟踪仪100输出电压的接线，只需按正反向按钮SB3即可，该正反向按钮SB3是带自锁功能的按钮。

下面举例说明本跟踪仪的工作过程。

在功率变换器200停电情况下，将在线测试用继电器K2与功率变换器200的输入电压电缆线CA21、CA22连接，并将在线跟踪仪100输出电缆017#、018#分别与功率变换器200的被测信号的两个测试端(需检测的功率变换器200的共阳极组或者共阴极组)连接，送上在线跟踪仪100的输入电源，按下电源按钮SB1，再按下测量按钮SB2，通过电压调节变压器T1设定所需要的检测电压，并观察读取电路300中电流显示值，15秒后显示值自动消失(若显示值超过报警值，则仪器发出报警信号)，在线跟踪仪100无电压输出。至此在线检测仪准备工作及检查结束。每当功率变换器200停电一次，在线跟踪仪100就检测一次，其检测的时间由时间继电器SJ1控制。由于电压值是事先人为设定好了的，读取电路300中的电流显示值就是设定电压下的功率变换器200的共阳极漏电流或者共阴极组功率器件的漏电流。若漏电流值大于报警值，则表明功率变换器200存在不良现象。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本实用新型的目的，而并非用作对本实用新型的限定，只要在本实用新型的实质范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本实用新型的权利要求的范围内。

Claims (5)

1、一种功率变换器状态在线跟踪仪，其特征在于所述在线跟踪仪的信号输入端与被跟踪的功率变换器的被测信号测试端连接，信号输出端与显示被测信号值的读取电路连接，所述在线跟踪仪的结构为：

输入电源，为220V单相交流电，其中一端电源线中串联连接一电源按钮SB1；

所述电源按钮SB1串联连接一电源常闭触点K2-1，该电源常闭触点K2-1或是与所述功率变换器的输入电压电缆线连接的在线测试用继电器K2的常闭触点，或是所述功率变换器的主回路供电开关的辅助常闭触点；

所述电源常闭触点K2-1串联连接一测量按钮SB2；

所述测量按钮SB2串联连接一过电流保护继电器ZJ1的常闭触点ZJ1-1，该过电流保护继电器ZJ1安装于所述读取电路中；

所述电流保护继电器常闭触点ZJ1-1串联连接一时间继电器SJ1的常闭触点SJ1-1，该时间继电器的SJ1的一端连接于电源常闭触点K2-1和测量按钮SB2的公共连接点，另一端连接于在线跟踪仪的输入电源的另一端；

所述接有电源按钮SB1的这一端电源线经电源按钮SB1后与输入电源的另一端之间连接一控制电源变压器T3，该控制电源变压器T3输出包含参考电压信号XT35、同步电压信号XT15的数种工作电压信号；

时间继电器常闭触点SJ1-1的另一端与所述在线跟踪仪的输入电源的另一端之间连接一电压调节变压器T1，电压调节变压器T1的二次侧作为一升压变压器T2的一次侧电压；

所述升压变压器T2的二次侧升压电压连接一整流电路；

所述整流电路连接一稳压电路，稳压电路的结构为：数个二极管串联，每个二极管分别并联一个电阻，该串联的数个二极管与由数个电阻构成的串联电阻进行并联，在该串联电阻中有一个电阻为可调电阻器，可调电阻器的可调端为所述功率变换器的漏电流对应的电压取样点VCY1；

所述稳压电路串联连接由第19电阻R19和第20电阻R20以及功率变换器组成的分压电路，稳压电路与分压电路的公共接点与所述控制电源变压器T3的参考电压信号XT35端连接，所述第19电阻R19与第20电阻R20的公共接点XT22是所述功率变换器的漏电流取样点；

所述电源按钮SB1和电源常闭触点K2-1的公共连接点与所述在线跟踪仪的输入电源的另一端之间连接由切换接触器CJ1与正反向按钮SB3组成的串联电路，所述整流电路的输出端与所述第20电阻R20不与第19电阻R19连接的这一端之间串联连接由所述切换接触器CJ1的第1常开触点CJ1-1及第3常闭触点CJ1-3组成的串联电路，该第1常开触点CJ1-1及第3常闭触点CJ1-3的公共接点连接所述功率变换器的一个测试端，该第1常开触点CJ1-1及第3常闭触点CJ1-3的串联电路并联连接由切换接触器CJ1的第2常闭触点CJ1-2及第4常开触点CJ1-4组成的串联电路，该第2常闭触点CJ1-2及第4常开触点CJ1-4的公共接点连接所述功率变换器的另一个测试端；

所述漏电流取样点XT22的信号和漏电流对应的电压取样点VCY1的信号以及控制电源变压器T3输出的同步电压信号XT15送入所述读取电路的输入端。

2、如权利要求1所述的功率变换器状态在线跟踪仪，其特征在于：所述电源按钮SB1是带自锁功能的按钮。

3、如权利要求1所述的功率变换器状态在线跟踪仪，其特征在于：

所述测量按钮SB2是带自锁功能的按钮。

4、如权利要求1所述的功率变换器状态在线跟踪仪，其特征在于：

所述整流电路是由数个二极管串联组成的单相半波整流电路，每个二极管分别并联一个电阻。

5、如权利要求1所述的功率变换器状态在线跟踪仪，其特征在于：

所述正反向按钮SB3是带自锁功能的按钮。

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