CN218919985U

CN218919985U - 一种三相电气设备

Info

Publication number: CN218919985U
Application number: CN202222730425.0U
Authority: CN
Inventors: 孙泉良; 祝远宁
Original assignee: Zhuhai Hengtu Electronic Co ltd
Current assignee: Zhuhai Hengtu Electronic Co ltd
Priority date: 2022-10-14
Filing date: 2022-10-14
Publication date: 2023-04-25
Anticipated expiration: 2032-10-14

Abstract

本申请公开了一种三相电气设备，实现了三相电气设备的低功耗设计。该三相电气设备包括驱动板和风机板，所述驱动板的高压供电电源为三相交流电源，所述风机板的高压供电电源为所述驱动板的母线电压；所述驱动板和风机板共用同一个开关电源；所述开关电源作为所述驱动板和风机板的低压供电电源，为所述驱动板和风机板上的控制器件提供低压供电。

Description

一种三相电气设备

技术领域

本实用新型涉及电力电子技术领域，更具体地说，涉及一种三相电气设备。

背景技术

三相电气设备(例如三相变频器)包括驱动板和风机板等，其中：驱动板的高压供电电源为三相交流电源；风机板的高压供电电源为驱动板的母线电压；驱动板和风机板上各自设置有一个开关电源，驱动板上的开关电源作为驱动板的低压供电电源，为驱动板上的控制器件(如芯片等)提供低压供电；风机板上的开关电源作为风机板的低压供电电源，为风机板上的控制器件提供低压供电。

设备低功耗一直是本领域追求的目标。如何实现上述三相电气设备的低功耗设计，是本申请需要解决的技术问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供一种三相电气设备，以实现三相电气设备的低功耗设计。

一种三相电气设备，包括驱动板和风机板，所述驱动板的高压供电电源为三相交流电源，所述风机板的高压供电电源为所述驱动板的母线电压；

所述驱动板和风机板共用同一个开关电源；所述开关电源作为所述驱动板和风机板的低压供电电源，为所述驱动板和风机板上的控制器件提供低压供电。

在一个实施例中，所述三相电气设备还包括主控板；所述驱动板、主控板和风机板共用同一个开关电源。

在一个实施例中，所述驱动板上加装有三相交流电源监测电路；

所述驱动板与所述主控板之间存在通讯连接，所述驱动板用于通过所述三相交流电源监测电路来监测三相交流电源接线正确与否，并把监测结果反馈给所述主控板；所述主控板的输出端与主控回路开关的控制端电连接。

在一个实施例中，所述三相电气设备为三相变频器。

在一个实施例中，所述三相交流电源监测电路包括：第一运放IC1、第二运放IC2、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R6、电阻R7和控制单元；

其中，电阻R1的一端、电阻R6的一端以及电阻R7的一端用于与三相交流电源的三相相线出线端子一对一电连接；

电阻R1的另一端与第一运放IC1的反相输入端和电阻R2的一端电连接；电阻R2的另一端与第一运放IC1的输出端电连接；

电阻R6的另一端与第一运放IC1的同相输入端、电阻R4的一端以及第二运放IC2的同相输入端电连接；

电阻R4的另一端接电源电压；

电阻R7的另一端与第二运放IC2的反相输入端和电阻R3的一端电连接；电阻R3的另一端与第二运放IC2的输出端电连接；

第一运放IC1的输出端和第二运放IC2的输出端均与所述控制单元电连接。

在一个实施例中，所述电阻R1、电阻R6和电阻R7均为兆欧姆级，所述三相交流电源监测电路中的其余电阻均为千欧姆级。

在一个实施例中，所述三相交流电源监测电路还包括：电阻R5；

第一运放IC1的同相输入端与电阻R5的一端电连接，电阻R5的另一端接地。

在一个实施例中，电阻R1、电阻R6和电阻R7的阻值相等，电阻R4和电阻R5的阻值相等，电阻R2和电阻R3的阻值相等，电阻R4的阻值等于电阻R2的阻值的2倍。

在一个实施例中，电阻R1＝960KΩ、电阻R2＝2Ω以及电阻R4＝4KΩ。

在一个实施例中，所述电源电压为所述第一运放IC1和第二运放IC2的电源电压。

从上述的技术方案可以看出，本实用新型不再让三相电气设备的驱动板和风机板各自使用一个开关电源，而是让所述驱动板和风机板共用同一个开关电源，同时为所述驱动板和风机板上的控制器件提供低压供电，从而降低了三相电气设备的功耗，且节省了成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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为本实用新型实施例公开的一种三相电气设备原理图；

图2为本实用新型实施例公开的又一种三相电气设备原理图；

图3为本实用新型实施例公开的一种三相交流电源监测电路原理图；

图4为本实用新型实施例公开的又一种三相交流电源监测电路原理图；

图5为本实用新型实施例公开的又一种三相交流电源监测电路原理图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

参见图1，本实用新型实施例公开了一种三相电气设备，包括：驱动板和风机板，所述驱动板的高压供电电源为三相交流电源(三相交流电源的三相相线出线端子用r、s、t表示，图1中的N表示零线)，所述风机板的高压供电电源为驱动板的母线电压VDC；

所述驱动板和风机板共用同一个开关电源；所述开关电源作为所述驱动板和风机板的低压供电电源，为所述驱动板和风机板上的控制器件(如芯片等)提供低压供电，以节省成本、降低功耗。

在一个实施例中，所述三相电气设备还可以包括主控板，主控板的高压供电电源为单相/三相交流电源，所述驱动板、主控板和风机板共用同一个开关电源，以进一步节省成本、降低功耗。该开关电源可以设置在驱动板上，如图1所示，从开关电源引出电压VDD1并接入主控板的低压供电端，从开关电源引出电压VDD2并接入风机板的低压供电端。

当三相交流电源出现欠相或零线误接入等异常时，会引发事故，因此对于一些重要的三相电气设备(例如三相变频器)必须对其进行三相交流电源接错保护。对此，在一个实施例中，所述驱动板上还加装有三相交流电源监测电路；所述驱动板与所述主控板之间存在通讯连接，所述驱动板用于通过所述三相交流电源监测电路来监测三相交流电源接线正确与否，并把监测结果反馈给所述主控板；所述主控板的输出端与主控回路开关K1的控制端电连接，所述主控板用于在三相交流电源接线正确时闭合主控回路开关K1。仍参见图1，主控回路开关K1与串联在主控板的高压供电电源进线上的电阻相并联(主控板的高压供电电源进线上有一电容，刚启机时主控回路开关K1断开，接通电阻，电阻给此电容充电，在此电容充满电后，接通主控回路开关K1短路电阻，提高效率)。

具体的，所述三相电气设备一上电，驱动板会先得电，进而主控板和驱动板的MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)开始工作，同时二者之间通讯握手，驱动板会把三相交流电源接线正确与否的信息反馈给主控板，主控板在三相交流电源接线正确时才闭合主控回路开关K1(一般为继电器)，进而满足负载的控制且实现了三相交流电源接错保护保护功能。而且，主控板在三相交流电源接线正确时才闭合主控回路开关K1也可以避免风机板被接入了两根火线而造成电解电容过压损坏。

此外需要说明的是，上述任一实施例中的三相电气设备例如为三相变频器，但并不局限。上述任一实施例中的驱动板例如是三相的无源PFC(Power Factor Correction，功率因数校正)拓扑的驱动板，但并不局限。上述任一实施例中的三相交流电源可以是三相四线制交流电源，也可以是三相三线制交流电源，同样不做局限。图1仅以三相交流电源为三相四线制交流电源作为示例，其与可以替换为三相三线制交流电源，例如图5所示，替换后的工作原理不再赘述。

在一个实施例中，所述三相交流电源监测电路包括：第一运放IC1、第二运放IC2、七个电阻R1～R7和控制单元(控制单元未在图3中示出)；

电阻R6的另一端与第一运放IC1的同相输入端、电阻R4的一端、电阻R5的一端以及第二运放IC2的同相输入端电连接；

电阻R4的另一端接电源电压VCC，电阻R5的另一端接地GND；

第一运放IC1的输出端和第二运放IC2的输出端均与所述控制单元电连接，所述控制单元用于根据第一运放IC1和第二运放IC2的输出电压监测三相交流电源接线正确与否。

运算放大器(简称运放)本身具有电源端和接地端，图3中仅示出了第一运放IC1的电源端和接地端，第二运放IC2的电源端和接地端未在图3中示出；第一运放IC1的电源端、第二运放IC2的电源端以及电阻R4的另一端可以接同一电源电压VCC，也可以接不同的电源电压，图3中仅以前者作为示例。

三相交流电源的三相相线出线端子用r、s、t表示，图3中仅以电阻R1的一端接入三相交流电源的r相(用于接收r相电压Vr)、电阻R6的一端接入三相交流电源的s相(用于接收s相电压Vs)、电阻R7的一端接入三相交流电源的t相(用于接收t相电压Vt)作为示例。图3所示方案的工作原理如下：

三相交流电源的输出电压(如有效值为380V)较高，常规手段是通过电压互感器对其进行采样，但电压互感器成本较高。对此，本实用新型实施例通过运放和分压电阻实现对三相交流电源输出线电压的采样，利用运放的高输入阻抗特性以及外部增加高阻值的分压电阻(分压电阻如图3中的电阻R1、电阻R6和电阻R7，其阻值远大于电阻R2～R5，例如可设置电阻R1、R6和R7均为兆欧姆级，电阻R2～R5均为千欧姆级)，使输入运放的电压电流大小合适，省却了电压互感器的使用，成本低。

第一运放IC1的反相输入电压Vr'与r相电压Vr相关，第一运放IC1和第二运放IC2的同相输入电压Vs'均与s相电压Vs相关，第二运放IC2的反相输入电压Vt'与t相电压Vt相关，所以第一运放IC1的输出电压Vout1与s、r相间电压也即线电压Vsr相关，第二运放IC2的输出电压Vout2与s、t相间电压也即线电压Vst相关。那么，通过对两运放的输出电压Vout1和Vout2进行跟踪采集、存储、分析，便可实现对线电压Vsr和Vst的监测，进而判断三相交流电源接线故障与否。

其中，通过对两运放的输出电压Vout1和Vout2进行跟踪采集、存储、分析，来实现对线电压Vsr和Vst的监测，例如包括：

控制单元接收两运放的输出电压，根据两运放的输出电压Vout1和Vout2与线电压Vsr和Vst之间的对应关系，反推出线电压Vsr和Vst的电压有效值，实现对线电压Vsr和Vst电压有效值的监测。通常为保证检测准确性，采样得到的两运放的输出电压需先进行放大处理。

已知正常情况下即接线正确情况下线电压Vsr和Vst有效值均为380V，考虑-25％～20％的误差范围(国标是考虑±10％的误差，本实用新型实施例为避免误报或者漏报，拓宽了该误差的范围)，一般正常情况下线电压Vsr和Vst有效值处于285V～456V范围内；

当某一相缺相时，故障相与正常相之间的电压有效值为190V，考虑-25％～20％的误差范围，一般故障相与正常相之间的电压有效值处于143V～228V范围内，正常相与正常相之间的电压有效值处于285V～456V范围内；比如说：

若r相缺相，则线电压Vsr与Vst有效值之差的绝对值＝190V-380V＝180V，线电压Vsr有效值＝190V，线电压Vst有效值＝380V；

若S相缺相，则线电压Vsr有效值＝190V，线电压Vst有效值＝190V，且线电压Vsr与Vst有效值之差的绝对值＝190V-190V＝0V；

若T相缺相，则线电压Vst有效值＝190V，线电压Vsr有效值＝380V，线电压Vsr与Vst有效值之差的绝对值＝190V-380V＝180V；

当发生零线误接入时，即一相火线误接成了零线时，故障相与正常相之间的电压有效值理论上为380/1.414，考虑-25％～20％的误差范围，一般故障相与正常相之间的电压有效值处于201V～322V范围内，正常相与正常相之间的电压有效值处于285V～456V范围内；

综合接线正确、某一相缺相、发生零线误接入这三种情况下的电压值，控制单元在计算得到所述两个线电压的电压有效值后，进行三相交流电源接线正确与否的判断，包括：在判断得到所述两个线电压的电压有效值均低于预设电压值或所述两个线电压的电压有效值之差的绝对值大于预设电压差值时，判定三相交流电源存在接线故障。所述预设电压值例如设置为266V，所述预设电压差值例如设置为80V。

两运放的输出电压Vout1和Vout2与线电压Vsr和Vst之间具体呈何种对应关系由各电阻的阻值大小决定。考虑到第一运放IC1的输出电压Vout1与线电压Vsr之间趋于线性关系，且第二运放IC2的输出电压Vout2与线电压Vst之间趋于线性关系时，用两运放输出电压Vout1和Vout2反映线电压Vsr和Vst的大小更为直观，所以本实用新型实施例推荐基于此设置各电阻的阻值，其阻值设置例如为(符号R1～R7既用于表示电阻又表示该电阻的阻值)：R1＝R6＝R7，R4＝R5，R2＝R3，R4＝2*R2，此时图3所示电路中各电阻阻值可设置为图4所示。

图4以VCC＝3.3V作为示例，下面通过对图4进行电路分析来推导出输出电压Vout1与线电压Vsr之间趋于线性关系，同时输出电压Vout2与线电压Vst之间趋于线性关系：

当运算放大器处于深度负反馈时，运算放大器具有“虚短”和“虚断”特性。“虚短”是指运算放大器的同相输入端与反相输入端的电压相等；“虚断”是指运算放大器的同相输入端与反相输入端的输入电流均为零。

在图4中，第一运放IC1和第二运放IC2均处于深度负反馈。据此第一运放IC1的“虚断”特性可得：

方程组1整理可得：

根据第一运放IC1的“虚短”特性，可得：

Vr'＝Vs' (式1)

结合方程组2和式1，可得：

由于R1>>R2，R1>>R4，所以式2可简化为：

由式3可得输出电压Vout1与s相电压Vs、r相电压Vr的关系式：

由于R4＝2R2，所以由式4可得输出电压Vout1与线电压Vsr的关系式：

同理，可得输出电压Vout2与线电压Vst的关系式：

由式5～式6可知，输出电压Vout1与线电压Vsr之间趋于线性关系，输出电压Vout2与线电压Vst之间趋于线性关系。Vout1的波形为正弦波，Vout1的波形可以用来表征Vsr线性缩小后的波形；Vout2的波形为正弦波，Vout2的波形可以用来表征Vst线性缩小后的波形。

图4中的电阻阻值例如可设置为R1＝960KΩ、R2＝2Ω、R4＝4KΩ，但并不局限。

另外，上述公开的任一种三相交流电源监测电路中的电阻R5也可以省去，如图5所示，省去电阻R5后的电路仍满足通过运放和分压电阻实现对三相交流电源输出的线电压Vsr和Vst的采样，能够实现三相交流电源监测电路功能，其工作原理参考前述实施例即可，此处不再赘述。

在上述公开的任一种三相交流电源监测电路中，对于任一电阻来说，其可以是一个独立的电阻器件，也可以是多个电阻器件的串联、并联或串并联组合，并不局限。

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，不再赘述。

本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的不同对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

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实用新型。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实用新型实施例的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型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

1.一种三相电气设备，其特征在于，包括驱动板和风机板，所述驱动板的高压供电电源为三相交流电源，所述风机板的高压供电电源为所述驱动板的母线电压；

2.根据权利要求1所述的三相电气设备，其特征在于，所述三相电气设备还包括主控板；所述驱动板、主控板和风机板共用同一个开关电源。

3.根据权利要求2所述的三相电气设备，其特征在于，所述驱动板上加装有三相交流电源监测电路；

4.根据权利要求1、2或3所述的三相电气设备，其特征在于，所述三相电气设备为三相变频器。

5.根据权利要求3所述的三相电气设备，其特征在于，所述三相交流电源监测电路包括：第一运放IC1、第二运放IC2、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R6、电阻R7和控制单元；

电阻R4的另一端接电源电压；

6.根据权利要求5所述的三相电气设备，其特征在于，所述电阻R1、电阻R6和电阻R7均为兆欧姆级，所述三相交流电源监测电路中的其余电阻均为千欧姆级。

7.根据权利要求5所述的三相电气设备，其特征在于，所述三相交流电源监测电路还包括：电阻R5；

8.根据权利要求7所述的三相电气设备，其特征在于，电阻R1、电阻R6和电阻R7的阻值相等，电阻R4和电阻R5的阻值相等，电阻R2和电阻R3的阻值相等，电阻R4的阻值等于电阻R2的阻值的2倍。

9.根据权利要求8所述的三相电气设备，其特征在于，电阻R1＝960KΩ、电阻R2＝2Ω以及电阻R4＝4KΩ。

10.根据权利要求5～9中任一项所述的三相电气设备，其特征在于，所述电源电压为所述第一运放IC1和第二运放IC2的电源电压。