CN203191436U - 一种应用于风力发电变流器的过流检测电路 - Google Patents

Abstract

一种应用于风力发电变流器的过流检测电路，包括电流采样滤波电路（1）、最大值筛选电路（2）和过流值比较电路（3）；电流采样滤波电路（1）将三相电流信号通过电流传感器转换为电压信号然后通过采样滤波电路滤除谐波；最大值筛选电路（2）将电流采样滤波电路提供的电压信号进行绝对值比较，得出瞬时绝对值最大的电压信号；过流值比较电路（3）将筛选出来的最大电压信号同电压基准源分压产生的过流检测基准信号进行比较，判断是否过流；如果过流，则在输出低电平的同时将过流检测基准信号降低，减小过流检测值，从而延长过流保护信号输出时间，实现滞环的控制。

Description

一种应用于风力发电变流器的过流检测电路

技术领域

本实用新型涉及一种过流检测电路，特别涉及一种风力发电变流器的过流检测电路。 

背景技术

风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视，随着风电机组单机容量和风电场规模的增大，风力发电机组运行时的电流也越来越大，当风电机组发生异常或者故障时，会导致瞬时电流超过变流器的额定电流，这种情况下需要变流器及时的检测到过流信号，采取相应的保护措施，防止损坏设备。现有的变流器的过流检测一种是通过电流传感器采集电流信号，然后经过模数转换器转换为数字量，通过处理器采集来比较和判断3路电流的值来确定是否过流，这种过流检测的反应速度慢，达不到快速保护的效果，而且容易受到干扰，占用系统资源多；另外一种是通过电流传感器采集电流信号，然后分别将三相电流的最大值和最小值与不同的过流基准值进行比较，然后将6路过流信号输入到控制器，这种方法电路复杂，过流信号的持续时间无法保证，性价比低。 

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于提供一种新的用于风力发电变流器的过流检测电路，与现有的过流检测电路比较，本电路抗干扰能力强，响应时间快，能够延长过流信号的持续时间，结构简单，性价比高。 

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是： 

一种过流检测电路，其特征在于，所述的过流检测电路包括电流采样滤波电路、最大值筛选电路和过流值比较电路。电流采样滤波电路将三相电流信号通过电流传感器转换为电压信号，然后通过采样滤波电路滤除谐波。最大值筛选电路将电流采样滤波电路提供的电压信号进行绝对值比较，得出瞬时绝对值最大的电压信号。过流值比较电路将最大值筛选电路筛选出来的最大电压信号同电压基准源分压产生的过流检测基准信号进行比较，判断是否过流。如果过流则在输出低电平的同时将过流检测基准信号降低，从而减小过流检测值，从而延长过流保护信号输出时间，实现滞环的控制。 

所述的电流采样滤波电路由霍尔电流传感器、采样电阻、运算放大器、巴特沃斯二阶低通有源滤波器电路组成。霍尔电流传感器与采样电阻连接，采样电阻与运算放大器相连接， 运算放大器与巴特沃斯二阶低通有源滤波器相连接。 

所述的最大值筛选电路由运算放大器和贴片二极管组成，运算放大器的的输出端和输入端分别于贴片二极管连接。 

所述的过流值比较电路由电压基准源，精密电阻，电压比较器组成，电压基准源与精密电阻相连接，精密电阻与电压比较器相连接。 

本实用新型的过流检测检测电路具有以下的有益效果：利用巴特沃斯低通滤波器进行滤波，使得检测电路抗干扰能力强；通过最大值筛选电路筛选三相电流的绝对值最大者，电路的构成简单，响应时间快；通过迟滞比较电路使得过流信号持续时间长。 

附图说明

图1本实用新型电路结构框图； 

图2a、图2b、图2c本实用新型采样滤波电路的原理图； 

图3本实用新型最大值筛选电路的原理图； 

图4本实用新型过流值比较电路的原理图； 

图中：1电流采样滤波电路，2最大值筛选电路，3过流值比较电路。 

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步说明。 

如图1所示，本实用新型主要由电流采样滤波电路1、最大值筛选电路2与过流值比较电路3构成。所述电流采样滤波电路1由霍尔电流传感器、精密采样电阻、运算放大器、巴特沃斯二阶低通有源滤波器组成；所述最大值筛选电路2由运算放大器，贴片高速二极管组成；所述过流值比较电路3由电压基准源，精密电阻，微功耗LinCMOS电压比较器组成。过流值比较电路3通过迟滞比较实现了过流检测值的动态调整特性，能够延长过流信号持续时间，给后端控制器足够的时间进行保护动作。 

图2a、图2b、图2c为电流采样滤波电路。如图2a、图2b、图2c所示，由A相电流信号经过第一霍尔电流传感器MK1的一端产生霍尔电流信号IRA，第一霍尔电流传感器MK1的另一端接地，霍尔电流信号IRA通过第一采样电阻R1的一端将霍尔电流信号IRA转换为电压信号V1，第一采样电阻R1的另一端接地，电压信号V1经输入端第二电阻R2）送到第一运算大器U1A的反相输入端2脚，第一运算放大器U1B的同相输入端3脚通过第三电阻R3接地。第四反馈电阻R4跨接在第一运算大器U1A的输出端1脚和反向输入端2脚之间，根据运算放大器工作在线性区域时的分析可以得到第一运算放大器U1A的1脚的输出电压信号 所输出的电压信号V2由第五电阻R5）的一端输入，第五电阻R5的另一端与 第一电容C1的一端和第六电阻R6的一端相连接，第一电容C1的另一端和第二运算放大器U1B的反相输入端6脚以及输出端7脚相连接，第六电阻R6的另一端与第二运算放大器U1B的同相输入端5脚，以及第二电容C2的一端相连接，第二电容C2的另一端接地，组成巴特沃斯二阶低通滤波器滤除干扰，第二运算放大器U1B的7脚输出电压信号Va。 

由B相电流信号经过第二霍尔电流传感器MK2的一端产生霍尔电流信号IRB，第二霍尔电流传感器MK2的另一端接地，霍尔电流信号IRB通过第十二采样电阻R12的一端将霍尔电流信号IRB转换为电压信号V3，第十二采样电阻R12的另一端接地，电压信号V3经输入端第二十七电阻R27送到第十二运算放大器U6B的反相输入端6脚，第十二运算放大器U6B的同相输入端5脚通过第二十九电阻R29接地。第三十一反馈电阻R31跨接在第十二运算放大器U6B的输出端7脚和反向输入端6脚之间，第十二运算放大器U6B的7脚所输出的电压信号V4由第三十三电阻R33的一端输入，第三十三电阻R33的另一端与第三电容C3的一端和第三十五电阻R35的一端相连接，第三电容C3的另一端和第十一运算放大器U6A的反相输入端2脚以及输出端1脚相连接，第三十五电阻R35的另一端与第十一运算放大器U6A的同相输入端3脚，以及第五电容C5的一端相连接，第五电容C5的另一端接地，组成巴特沃斯二阶低通滤波器滤除干扰，第十一运算放大器U6A的1脚输出电压信号Vb。 

由C相电流信号经过第三霍尔电流传感器MK3的一端产生霍尔电流信号IRC，第三霍尔电流传感器MK3的另一端接地，霍尔电流信号IRC通过第二十六采样电阻R26的一端将霍尔电流信号IRC转换为电压信号V5，第二十六采样电阻R26的另一端接地，电压信号V5经输入端第二十八电阻R28送到第十四运算放大器U7B的反相输入端6脚，第十四运算放大器U7B的同相输入端5脚通过第三十电阻R30接地。第三十二反馈电阻R32跨接在第十四运算放大器U7B的输出端7脚和反向输入端6脚之间，第十四运算放大器U7B的7脚所输出的电压信号V6由第三十四电阻R34的一端输入，第三十四电阻R34的另一端与第四电容C4的一端和第三十六电阻R36的一端相连接，第四电容C4的另一端和第十三运算放大器U7A的反相输入端2脚以及输出端1脚相连接，第三十六电阻R36的另一端与第十三运算放大器U7A的同相输入端3脚，以及第六电容C6的一端相连接，第六电容C6的另一端接地，组成巴特沃斯二阶低通滤波器滤除干扰，第十三运算放大器U7A的1脚输出电压信号Vc。 

图3为最大值筛选电路2。如图3所示，在经过采样滤波电路1中得到A相电流采集到的电压信号Va，B相电流采集到的电压信号Vb，C相电流采集到的电压信号Vc。第二运算放大器U1B的7脚输出电压信号Va输入第三运算放大器U2A）的同相输入端3脚，第三运算放大器U2A的同相输入端2脚与第二二极管D2的阳极，以及第九电阻R9的一端相连接，第 三运算放大器U2A的输出端1脚与第二二极管D2的阴极，以及第一二极管D1的阳极相连接，第一二极管D1的阴极与第九电阻R9的另一端连接组成电压跟随电路。此时第九电阻R9的另一端输出的信号Va+等于Va，第二运算放大器U1B的7脚输出的Va信号与第八电阻R8的一端相连，第八电阻R8的另一端与第四运算放大器U2B的反相输入端6引脚相连，第四运算放大器U2B的同相输入端6脚与第四二极管D4的阳极，第十电阻R10的一端、第八电阻R8的另一端相连接，第四运算放大器U2B的输出端7脚与第四二极管D4的阴极、第三二极管D3的阳极相连接，第三二极管D3的阴极与第十电阻R10的另一端连接组成反相器。此时第十电阻R10的另一端输出的信号Va-等于-Va；第十一运算放大器U6A的1脚输出电压信号Vb输入第五运算放大器U3A的同相输入端3脚，第五运算放大器U3A的同相输入端2脚与第六二极管D6的阳极、第十三电阻R13的一端相连接，第五运算放大器U3A的输出端1脚与第六二极管D6的阴极、第五二极管D5的阳极相连接，第五二极管D5的阴极与第十三电阻R13的另一端连接组成电压跟随电路，此时第十三电阻R13的另一端输出的信号Vb+等于Vb，第十一运算放大器U6A的1脚输出的信号Vb与第十二电阻R12的一端相连，第十二电阻R12的另一端与第六运算放大器U3B的反相输入端6引脚相连，第六运算放大器U3B的同相输入端6脚与第八二极管D8的阳极、第十五电阻R15的一端、第十二电阻R12的另一端相连接，第六运算放大器U3B的输出端7脚与第八二极管D8的阴极、第七二极管D7的阳极相连接，第七二极管D7的阴极与第十五电阻R15的另一端连接组成反相器，此时第十五电阻R15的另一端输出的信号Vb-等于-Vb；C相Vc信号输入第七运算放大器U4A的同相输入端3脚，第七运算放大器U4A的同相输入端2脚与第十二极管D10的阳极、第十八电阻R18一端相连接，第七运算放大器U4A的输出端1脚与第十二极管D10的阴极、第九二极管D9的阳极相连接，第九二极管D9的阴极与第十八电阻R18的另一端连接组成电压跟随电路，此时电阻R18的另一端输出的信号Vc+等于Vc，精密运算放大器U7A的1脚输出的第十三运算放大器U7A的1脚输出电压信号Vc与第十七电阻R17的一端相连接，第十七电阻R17的另一端与第八运算放大器U4B的反相输入端6引脚相连接，第八运算放大器U4B的同相输入端6脚与第十二二极管D12的阳极、第十九电阻R19的一端、第十七电阻R17的另一端相连接，第八运算放大器U4B的输出端7脚与第十二二极管D12的阴极、第十一二极管D11的阳极相连接，第十一二极管D11的阴极与第十九电阻R19的另一端连接组成反相器。此时电阻R19的另一端输出的信号Vc-等于-Vc，将Va+、Va-、Vb+、Vb-、Vc+、Vc-连接到一起称为信号IMAX，当Va+大于其他5路信号时，二极管D1、D2、D4、D6、D8、D10、D12导通，二极管D3、D5、D7、D9、D11由于Va+大于其他5路信号而反向截止，此时IMAX等于Va+；当Va-大于其他5路信号时，二极管D3、D2、D4、D6、D8、D10、D12导通，二极管D1、D5、D7、D9、D11由 于Va-大于其他5路信号而反向截止，此时IMAX等于Va-；当Vb+大于其他5路信号时，二极管D5、D2、D4、D6、D8、D10、D12导通，二极管D1、D3、D7、D9、D11由于Vb+大于其他5路信号而反向截止，此时IMAX等于Vb+；当Vb-大于其他5路信号时，二极管D7、D2、D4、D6、D8、D10、D12导通，二极管D1、D3、D5、D9、D11由于Vb-大于其他5路信号而反向截止，此时IMAX等于Vb-；当Vc+大于其他5路信号时，二极管D9、D2、D4、D6、D8、D10、D12导通，二极管D1、D3、D5、D7、D11由于Vc+大于其他5路信号而反向截止，此时IMAX等于Vc+；当Vc-大于其他5路信号时，二极管D11、D2、D4、D6、D8、D10、D12导通，二极管D1、D3、D5、D7、D9由于Vc-大于其他5路信号而反向截止，此时IMAX等于Vc-；从以上6种情况可以得出，IMAX的值应当是三路信号的Va、Vb、Vc的瞬时绝对值最大值。 

图4为过流检测电路，如图4所示，图3得出的第一二极管D1的阴极输出的三相电流瞬时绝对值最大值信号IMAX，与第二十二电阻R22的一端相连接，第二十二电阻R22的另一端与电压比较器U5A的反相输入端2引脚相连接。电压基准源U8的1脚与第三十七电阻R37的一端相连接，第三十七电阻R37的另一端与+15V电源相连，将电压基准源U8的1脚的电压稳定在10V，第二十电阻R20与第二十一电阻R21串联组成分压电路，第二十电阻R20的一端与电压基准源U8的1脚连接，第二十电阻R20的另一端与第二十一电阻R21的一端连接，第二十一电阻R21的另一端接地，将电压基准源的10V电压分到特定值Vref， 

第二十一电阻R21的一端输出的Vref信号与第十四电阻R14的一端相连，电压比较器U5A的同相输入端与第十四电阻R14的另一端、第二十三电阻R23的一端相连，第二十三第二十三电阻R23的另一端与第十三二极管D13的阳极相连，电压比较器U5A的输出端与第十三二极管D13的阴极、第二十四电阻R24的一端相连，组成迟滞电路：Vref通过第十四电阻R14进入电压比较器U5A的同相输入端，作为比较基准，第二十四电阻R24经过+15V电源上拉输入连接电压比较器U5A的输出脚1脚，当IMAX小于Vref时，电压比较器U5A的1脚输出为集电极开路的信号，经过第二十四电阻R24的上拉为15V高电平，此时IERROR的电平为15V，大于Vref，因此第十三二极管D13反向截止，迟滞电路不起作用。当IMAX大于Vref时，电压比较器U5A的1脚输出为低电平，此时IERROR的电平为低电平，输出过流信号，此时Vref大于IERROR信号，第十三二极管D13导通，第十四电阻R14与第十三电阻R23串联形成分压电路，与第二十一电阻R21并联分压，将Vref值降低，此时 $\mathrm{Vref}=10\×\frac{R21}{R20\×(1+\frac{R21}{R14+R23})+R21}V,$ 过流保护基准值的降低，使得IERROR信号能够保持更长的时间，后端控制器能够及时地对过流信号进行处理。 

本实用新型可以根据需要应用于不同的场合。例如，可以应用于过温检测，也可以应用于其他模拟量信号的最大值检测。 

Claims (4)

1.一种应用于风力发电变流器的过流检测电路，其特征在于，所述的过流检测电路包括电流采样滤波电路（1）、最大值筛选电路（2）和过流值比较电路（3）；电流采样滤波电路（1）将三相电流信号通过电流传感器转换为电压信号，然后通过采样滤波电路滤除谐波；最大值筛选电路（2）将电流采样滤波电路提供的电压信号进行绝对值比较，得出瞬时绝对值最大的电压信号；过流值比较电路（3）将筛选出来的瞬时绝对值最大电压信号同电压基准源分压产生的过流检测基准信号进行比较，判断是否过流；如果过流则在输出低电平的同时将过流检测基准信号降低，减小过流检测值从而延长过流保护信号输出时间，实现滞环的控制；所述的电流采样滤波电路（1）由霍尔电流传感器、采样电阻、运算放大器、巴特沃斯二阶低通有源滤波器组成；所述霍尔电流传感器与采样电阻连接，采样电阻与运算放大器相连接，运算放大器与巴特沃斯二阶低通有源滤波器相连接；所述的最大值筛选电路（2）由运算放大器和贴片二极管组成，运算放大器的的输出端和输入端分别与贴片二极管连接；所述的过流比较电路（3）由电压基准源，精密电阻，电压比较器组成；电压基准源与精密电阻相连接，精密电阻与电压比较器相连接。 

2.按照权利要求1所述的过流检测电路，其特征在于，所述的电流采样滤波电路（1）中，A相电流第一霍尔电流传感器（MK1）的一端产生霍尔电流信号IRA，第一霍尔电流传感器（MK1）的另一端接地，霍尔电流信号IRA通过第一采样电阻（R1）的一端将霍尔电流信号IRA转换为电压信号V1，第一采样电阻（R1）的另一端接地，电压信号V1经输入端第二电阻（R2）送到第二运算大器（U1B）的反相输入端2脚，第二运算放大器（U1B）的同相输入端3脚通过第三电阻（R3）接地；第四反馈电阻（R4）跨接在第一运算大器（U1A）的输出端1脚和反向输入端2脚之间；第五电阻（R5）的一端与第一运算放大器（U1A）的1脚连接，第五电阻（R5）的另一端与第一电容（C1）的一端和第六电阻（R6）的一端相连接，第一电容（C1）的另一端和第二运算放大器（U1B）的反相输入端6脚以及输出端7脚连接，第六电阻（R6）的另一端与第二运算放大器（U1B）的同相输入端5脚以及第二电容（C2）的一端相连接，第二电容（C2）的另一端接地，组成巴特沃斯二阶低通有源滤波器；B相电流信号经过第二霍尔电流传感器（MK2）的一端产生霍尔电流信号IRB，第二霍尔电流传感器（MK2）的另一端接地，霍尔电流信号IRB通过第十二采样电阻（R12）的一端将霍尔电流信号IRB转换为电压信号V3，第十二采样电阻（R12）的另一端接地，电压信号V3经输入端第二十七电阻（R27）送到第十二运算放大器（U6B）的反相输入端6脚，第十二运算放大器（U6B） 的同相输入端5脚通过第二十九电阻（R29）接地；第三十一反馈电阻（R31）跨接在第十二运算放大器（U6B）的输出端7脚和反向输入端6脚之间，第十二运算放大器（U6B）的7脚所输出的电压信号V4由第三十三电阻（R33）的一端输入，第三十三电阻（R33）的另一端与第三电容（C3）的一端和第三十五电阻（R35）的一端相连接，第三电容（C3）的另一端和第十一运算放大器（U6A）的反相输入端2脚以及输出端1脚相连接，第三十五电阻（R35）的另一端与第十一运算放大器（U6A）的同相输入端3脚，以及第五电容（C5）的一端相连接，第五电容（C5）的另一端接地，组成巴特沃斯二阶低通滤波器：C相电流信号经过第三霍尔电流传感器（MK3）的一端产生霍尔电流信号IRC，第三霍尔电流传感器（MK3）的另一端接地，霍尔电流信号IRC通过第二十六采样电阻（R26）的一端将霍尔电流信号IRC转换为电压信号V5，第二十六采样电阻（R26）的另一端接地，电压信号V5经输入端第二十八电阻（R28）送到第十四运算放大器（U7B）的反相输入端6脚，第十四运算放大器（U7B）的同相输入端5脚通过第三十电阻（R30）接地；第三十二反馈电阻（R32）跨接在第十四运算放大器（U7B）的输出端7脚和反向输入端6脚之间，第十四运算放大器（U7B）的7脚所输出的电压信号V6由第三十四电阻（R34）的一端输入，第三十四电阻（R34）的另一端与第四电容（C4）的一端和第三十六电阻（R36）的一端相连接，第四电容（C4）的另一端和第十三运算放大器（U7A）的反相输入端2脚以及输出端1脚相连接，第三十六电阻（R36）的另一端与第十三运算放大器（U7A）的同相输入端3脚以及第六电容（C6）的一端相连接，第六电容（C6）的另一端接地，组成巴特沃斯二阶低通滤波器。 

3.按照权利要求1所述的过流检测电路，其特征在于，所述的最大值筛选电路（2）中，第三运算放大器（U2A）的同相输入端2脚与第二二极管（D2）的阳极，以及第九电阻(R9)的一端相连接，第三运算放大器（U2A）的输出端1脚与第二二极管（D2）的阴极，以及第一二极管（D1）的阳极相连接，第一二极管（D1）的阴极与第九电阻（R9）的另一端连接，组成电压跟随电路；第二运算放大器（U1B）的7脚输出电压信号Va与电阻（R8）的一端相连，第八电阻（R8）的另一端与第四运算放大器（U2B）的反相输入端6引脚相连，第四运算放大器（U2B）的同相输入端6脚与第四二极管(D4)的阳极，第十电阻（R10）的一端、第八电阻（R8）的另一端相连接，第四运算放大器（U2B）的输出端7脚与第四二极管（D4）的阴极、第三二极管（D3）的阳极相连接，第三二极管(D3)的阴极与第十电阻（R10）的另一端连接组成反相器；第五运算放大器（U3A）的同相输入端2脚与第六二极管（D6）的阳极、第十三电阻（R13）的一端相连接，第五运算放大器（U3A）的输出端1脚与第六二极管（D6）的阴极、第五二极管（D5）的阳极相连接，第五二极管（D5）的阴极与第十三电阻（R13）的另一端连接组成电压跟随电路；第十一运算放大器（U6A）的1脚输出电压信号Vb与第十 二电阻（R12）的一端相连，第十二电阻（R12）的另一端与第六运算放大器（U3B）的反相输入端6引脚相连，第六运算放大器（U3B）的同相输入端6脚与第八二极管（D8）的阳极、第十五电阻(R15)的一端、第十二电阻（R12）的另一端相连接，第六运算放大器（U3B）的输出端7脚与第八二极管（D8）的阴极、第七二极管（D7）的阳极相连接，第七二极管（D7）的阴极与第十五电阻（R15）的另一端连接组成反相器；第七运算放大器（U4A）的同相输入端2脚与第十二极管（D10）的阳极、第十八电阻（R18）的一端相连接，第七运算放大器（U4A）的输出端1脚与第十二极管（D10）的阴极、第九二极管（D9）的阳极相连接，第九二极管（D9）的阴极与第十八电阻（R18）的另一端连接组成电压跟随电路；第十三运算放大器（U7A）的1脚输出电压信号Vc与第十七电阻（R17）的一端相连接，第十七电阻（R17）的另一端与第八运算放大器（U4B）的反相输入端6引脚相连接，第八运算放大器（U4B）的同相输入端6脚与第十二二极管（D12）的阳极、第十九电阻（R19）的一端、第十七电阻（R17）的另一端相连接，第八运算放大器（U4B）的输出端7脚与第十二二极管（D12）的阴极、第十一二极管（D11）的阳极相连接，第十一二极管(D11)的阴极与第十九电阻（R19）的另一端连接组成反相器。 

4.按照权利要求1所述的过流检测电路，其特征在于，所述的过流值比较电路（3）中，第二十二电阻（R22）的另一端与电压比较器（U5A）的反相输入端2引脚相连接；电压基准源(U8)的1脚与第三十七电阻(R37)的一端相连接，第三十七电阻(R37)的另一端与+15V电源相连，第二十电阻（R20）的一端与电压基准源（U8）的1脚相连，另一端与第二十一电阻（R21）的一端以及第十四电阻（R14）的一端相连，第二十一电阻（R21）的另一端接地，电压比较器（U5A）的同相输入端3脚与第十四电阻（R14）的另一端以及第二十三电阻（R23）的一端相连，第二十三电阻（R23）的另一端与第十三二极管（D13）的阳极相连，电压比较器（U5A）的输出端与第十三二极管(D13)的阴极、第二十四电阻（R24）的一端相连，组成迟滞电路。 

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