CN201656450U - 交直交电压型变频器直流回路的短路检测器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及交直交电压型变频器直流回路的短路或过电流检测器。一种交直交电压型变频器直流回路的短路检测器，包括二个薄膜电容、一个小电流霍尔电流传感器、信号处理与报警电路和电源电路，二个薄膜电容之间串接一个霍尔电流传感器构成直流滤波采样回路，并联至变频器的由大电解电容组成的直流滤波回路上，霍尔电流传感器输出接信号处理与报警电路，电源电路提供给信号处理与报警电路电源。所述薄膜电容的电容量接近原变频器电解电容的500分之一。本实用新型能间接检测原变频器内部的直流过电流或短路，能对原变频器的直流滤波回路的滤波效果进行检验，为变频器的主回路设计与状态维护提供依据；并且检测器体积小，安装方便。

Description

交直交电压型变频器直流回路的短路检测器

技术领域

本实用新型涉及交直交电压型变频器直流回路的短路或过电流检测器。

背景技术

目前市场上的中、低压变频器拓扑结构绝大多数为交直交电压型，普遍采用IGBT(Insulted Gate Bi-polar Transistor，中文为：绝缘栅极型功率管)作为功率器件。根据变频器的容量大小，采用IGBT直接并联或变频单元组件并联配置方式。

IGBT具有承受过电压、过电流能力差的特点，一旦工作电流、电压超过IGBT临界安全工作区域，或某个IGBT触发脉冲异常，均易出现关断失效现象，导致直流回路P侧与N侧的功率器件同时导通而短路。由于交直交电压型变频器中的直流回路存在大量的直流电解电容，巨大的短路电流易导致变频器内部放电起弧，发生火灾与爆炸。特别在由多组功率器件、功率单元并联扩容的中、大容量变频器或由公共整流器集中供电的多组变频器中，一旦其中某变频器发生IGBT关断失效现象，如果不能迅速进行直流短路检测与保护，易造成该变频器内的并联功率单元大面积损坏，加剧故障扩大；也易导致同一公共直流母线电压急剧下降，影响其它变频器或整条机组的正常运行。为此，交直交电压型变频器需要具备直流回路过电流与短路保护功能。

霍尔CT(Current Transducer，中文为电流传感器)具有良好线性度、精度高，响应快的特点，在变频装置的直流回路安装霍尔CT(如图1中CT0)来进行直流短路检测与保护，参见图1。对于小容量变频器，由于直流短路电流不大，相应的霍尔CT的体积小，价格也不高，可以在变频器中间直流回路串接霍尔CT来进行直流过电流与短路检测与保护。但对于中、大容量变频器，如容量为600KVA的低压变频器，额定直流电流＝1169A，考虑到逆变器过载1.5倍的能力，则霍尔CT的额定规格至少为2000A。一方面，霍尔CT价格不非；另一方面，变频器内部的裸铜排要穿过霍尔CT内部，为了保证足够的绝缘距离，霍尔CT的体积必然比较大，必然增大了变频器的体积与价格。

目前，在中、大容量低压变频器中，绝大多数变频器厂家一般都不直接检测直流回路的电流，而是通过对变频器的整流侧或逆变侧的交流电流的检测来间接计算直流电流的大小，从而间接进行直流回路的过电流或短路保护。

中国专利CN200710076590.6、CN01244290.9、CN94215052.X等，通过普通CT或霍尔CT直接对三相交流供电电源以及接地回路的电流进行检测，通过微机进行综合控制来确定采用瞬动还是延时切断保护。中国专利CN200510038027.0通过对直流固态功率开关电路的直流电流进行检测，然后进行过电流或短路保护与控制，它主要是对小容量直流电流进行直接检测。中国专利CN200520077086.4通过由限流电阻与辅助熔断器组成的电流分流支路来实现对单相或三相交流主回路的快速短路检测，一旦辅助熔断器熔断，立即对主回路进行快速保护。它的检测原理是通过对与主回路并联的小容量分支回路的过电流进行检测，通过辅助熔断器进行交流电流的过电流或短路保护，而且由于辅助熔断器动作特性不稳定，不能准确检测主回路的交流电流。此外，熔断器需要几毫秒的熔断时间，响应慢，一旦熔断，还需要更换备件。

正常情况下，当电机发生接地或短路时，由于变频器输出电流增加，通过检测交流侧的电流来计算出的直流电流也随着增加，这种保护方式可实现对变频器的保护。但这种方式也存在死区，如当逆变器IGBT失效出现上下桥臂直通的短路情况时，由于直流短路电流并没有通过交流输出侧，这种检测方式不能迅速检测到直流过电流或短路，不能及时快速地封锁变频器的输出，只能依靠直流回路的快熔进行保护，而快熔熔断时间是与直流短路电流的大小及快熔特性等有关，从而造成故障扩大。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种交直交电压型变频器直流回路的短路检测器，该变频器直流回路短路检测器能间接检测原变频器内部的直流过电流或短路，能对原变频器的直流滤波回路的滤波效果进行检验，为变频器的主回路设计与状态维护提供依据，并且检测器体积小，安装方便。

本实用新型是这样实现的：一种交直交电压型变频器直流回路的短路检测器，包括二个薄膜电容、一个小电流霍尔电流传感器、信号处理与报警电路和电源电路，二个薄膜电容之间串接一个霍尔电流传感器构成直流滤波采样回路，并联至变频器的由大电解电容组成的直流滤波回路上，霍尔电流传感器输出接信号处理与报警电路，电源电路提供给信号处理与报警电路电源。

所述直流滤波采样回路的一端还串接一电阻，在电阻两端并接有时间继电器T1控制的接触器K1，时间继电器T1接在开关电源输出端。

所述薄膜电容的电容量接近原变频器电解电容的500分之一。

所述信号处理与报警电路包括第一级运放器A1、第二级运放器A2、第三级运放器A3、比较器A4、电阻和电容，霍尔电流传感器输出通过负荷取样电阻R0后，通过由电阻R1、电容C01组成的滤波器，再经过第一级运放器A1放大后输出，经过由第二级运放器A2和第三级运放器A3组成的绝对值运算之后，再通过比较器A4与由可变电阻R11组成的直流短路电流设定值或直流过电流瞬动值比较，比较器A4的输出信号通过电阻R14、三极管G1后输出两路，一路经非门输出去发光二极管D3，另一路输出驱动继电器K2，继电器K2输出两付常开紧停信号，去封锁变频器的控制与输出。

本实用新型通过由薄膜电容与一小容量霍尔电流传感器组成的直流滤波采样回路与原变频器直流滤波回路并联后来间接检测。通过对霍尔电流传感器检测到的采样电流进行放大与滤波处理，并与设置的直流短路电流设定值或直流过电流瞬动值进行比较，一旦超过设定值，立即向变频器发出紧急脉冲封锁或跳闸报警信号。通过采用本实用新型的技术方案，可以迅速检测出变频器是否存在直流短路现象，从而可以迅速向变频器发出紧停信号，变频器立即封锁控制与IGBT的触发脉冲，避免了故障地扩大。

本实用新型与现有技术相比，其有益效果是：

1)本变频器直流回路短路检测器可以应用于中、大容量的低压变频器，能间接检测原变频器内部的直流过电流或短路；通过对直流滤波采样回路的器件进行特殊选型与绝缘处理后也可以应用于中压交-直-交电压型变频装置的直流短路检测。

2)本变频器直流短路检测器价格便宜，体积小，安装方便，有些可以直接安装在原变频器内部。

3)本变频器直流回路短路检测器还可以作为移动设备，可对原变频器的直流滤波回路的滤波效果进行检验，从而为变频器的主回路设计与状态维护提供依据。

附图说明

图1为现有的采用霍尔电流传感器直接检测直流过电流与短路的变频器单线图；

图2为本实用新型采用小容量霍尔电流传感器检测直流过电流或短路的变频器单线图；

图3为本实用新型交直交电压型变频器直流回路的短路检测器电气连接图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明。

参见图2和图3，一种交直交电压型变频器直流回路的短路检测器，包括二个薄膜电容C3、C4、一个小电流霍尔电流传感器CT3、信号处理与报警电路和电源电路，二个薄膜电容C3、C4之间串接一个霍尔电流传感器CT3构成主回路后并接至变频器的由大电解电容组成的直流滤波回路上，通过检测薄膜电容C3、C4的充放电电流来间接计算变频器直流滤波回路的大电解电容C1、C2上的充放电电流，从而间接计算变频器内部直流电流。霍尔电流传感器CT3输出接信号处理与报警电路，电源电路提供给信号处理与报警电路电源。

电源电路：通过开关K01把本实用新型的直流短路检测器的P、N两根线与原变频器直流回路中的P侧、N侧相连。开关K01的输出经10A的快熔FUSE1后分两部分，一路通过分流电阻R00、R01、R02、R03、R04及1安培的熔断器FUSE2到开关电源，开关电源输出正、负24V，并通过DC/DC变换与滤波后输出正、负15V的工作电压。

所述主回路的一端还串接一电阻R05，在电阻R05两端并接有时间继电器T1控制的接触器K1，时间继电器T1接在开关电源输出端。直流短路检测器的直流回路先经过电阻R05给滤波电容C3、C4充电，一旦开关电源输出正、负24V建立起来，开关电源给时间继电器T1供电，大约1秒后时间继电器T1的辅助触点K1闭合，使安装在充电电阻R05两端的接触器K1闭合，充电电阻R05被旁路，直流短路检测器的主回路进入正常工作状态。通过在滤波电容C3、C4组成的滤波回路中串接一额定电流为10A的霍尔电流传感器CT3来检测滤波电容C3、C4的电流，从而通过对应的比例关系可以推算出原变频器直流主滤波回路的电流。所述的滤波电容C3、C4为薄膜电容，薄膜电容C3、C4的电容量大约为原变频器电解电容C1、C2的500分之一，耐压各为450伏。为了提高检测精度，可以针对不同容量的变频器，对薄膜电容C3、C4的电容量进行切换配置。

所述信号处理与报警电路包括第一级运放器A1、第二级运放器A2、第三级运放器A3、比较器A4、电阻和电容，霍尔电流传感器CT3输出通过负荷取样电阻R0后，通过由R1、C01组成的滤波器，滤波时间为0.01ms至3.3ms可调，再经过第一级运放器A1放大，放大倍数为1至100倍分档连续可调。针对不同变频器容量，可选择不同的运放器A1放大倍数，来提高检测的准确性。第一级运放器A1输出经过由第二级运放器A2和第三级运放器A3组成的绝对值运算之后，再通过比较器A4与由可变电阻R11组成的直流短路电流设定值或直流过电流瞬动值比较，该设定值可以由R11连续可调，比较器A4的输出信号通过电阻R14、三极管G1后输出两路，一路经非门输出去发光二极管D3，另一路输出驱动继电器K2，继电器K2输出两付常开紧停信号，去封锁变频器的控制与输出。

Claims (4)

1.一种交直交电压型变频器直流回路的短路检测器，其特征是：所述直流短路检测器包括二个薄膜电容、一个小电流霍尔电流传感器、信号处理与报警电路和电源电路，二个薄膜电容之间串接一个霍尔电流传感器构成直流滤波采样回路，并联至变频器的由大电解电容组成的直流滤波回路上，霍尔电流传感器输出接信号处理与报警电路，电源电路提供给信号处理与报警电路电源。

2.根据权利要求1所述的交直交电压型变频器直流回路的短路检测器，其特征是：所述直流滤波采样回路的一端还串接一电阻，在电阻两端并接有时间继电器T1控制的接触器K1，时间继电器T1接在开关电源输出端。

3.根据权利要求1所述的交直交电压型变频器直流回路的短路检测器，其特征是：所述薄膜电容的电容量接近原变频器电解电容的500分之一。

4.根据权利要求1至3中任一所述的交直交电压型变频器直流回路的短路检测器，其特征是：所述信号处理与报警电路包括第一级运放器A1、第二级运放器A2、第三级运放器A3、比较器A4、电阻和电容，霍尔电流传感器输出通过负荷取样电阻R0后，通过由电阻R1、电容C01组成的滤波器，再经过第一级运放器A1放大后输出，经过由第二级运放器A2和第三级运放器A3组成的绝对值运算之后，再通过比较器A4与由可变电阻R11组成的直流短路电流设定值或直流过电流瞬动值比较，比较器A4的输出信号通过电阻R14、三极管G1后输出两路，一路经非门输出去发光二极管D3，另一路输出驱动继电器K2，继电器K2输出两付常开紧停信号，去封锁变频器的控制与输出。

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