CN219304695U - 一种变频器型智能晃电保护装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种变频器型智能晃电保护装置，包括母线电压监测单元、状态识别单元、直流母线监测单元、母线监测单元、差压监测单元、逻辑控制单元、执行单元和后备直流单元，本实用新型通过状态识别单元检测变频器的工作状态，通过母线电压监测单元监测变频器的输入电压，通过直流母线监测单元和后备母线监测单元分别监测变频器的直流母线电压和保持直流母线电压的后备直流单元的电压，能够准确的判断变频器欠压晃电的停机的情况，并通过逻辑控制单元控制执行单元驱动后备直流单元，相对于传统的充电电容直接并连在变频器直流母线上的方式，能够根据变频器的直流母线电压和后备直流单元的电压的差值，准确的释放后备直流单元存储的电能。

Description

一种变频器型智能晃电保护装置

技术领域

本实用新型涉及电力保护技术领域，具体为一种变频器型智能晃电保护装置。

背景技术

目前变频器大量应用于各行各业，主要用于对电机的调速，对提高生产质量来说，起到了非常重要的作用，造成变频器故障的一大主因是供电电源晃电，哪怕是瞬间的晃电，都有可能使变频器跳停，从而造成生产的停机，通常电源晃电持续的时间很短，绝大部分在0.5s以内，最严重的晃电就是线路故障跳停后延时重合闸或备用电源延时投入，延时时间一般都是3s，晃电时，变频器直流母线电压会随外电电压的下降而下降，当下降到欠压保护值时，为避免输出电流过大而烧坏输出功率管，变频器会发出欠压报警，停止运行，要使变频器晃电时不跳停，就必须保证晃电时直流母线电压不下降，或下降时输出电流不增加，来电后还要自动回到原来的频率。

公开号为CN212343638U提供的一种变频器晃电保护装置，其通过利用电容器作为储能元件，储存一定量的电能，在变频器遇到电网发生晃电故障失压时，电容器瞬时放电，自动给变频器供电，保障变频器安全运行，该防晃电的方式较为单一，在应用时存在着以下的不足，1、该电容的放电条件为该电容电压低于变频器的直流母线电压时就释放，但是但很多情况下并未发生晃电时，如变频器过压时回启动主动保护停机，此时电容没有必要进行放电，因此现有的装置无法准确地识别晃电的情况；2、该电容的电量在释放时是直接释放的方式，无法根据变频器的直流母线电压准确释放，造成该电容的电量在释放时变频器的直流母线电压稳定。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种变频器型智能晃电保护装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种变频器型智能晃电保护装置，包括：

母线电压监测单元，所述母线电压监测单元和所保护的变频器电源端电性连接，用于测量所保护变频器的工作交流电源的电压；

状态识别单元，所述状态识别单元和所保护变频器的状态信号端电性连接，用于采集所保护变频器的工作状态；

直流母线监测单元，所述直流母线监测单元和所保护变频器的直流母线端电性连接，用于测量所保护变频器的直流母线端的直流电压；

后备母线监测单元，所述后备母线监测单元和后备直流单元电性连接，用于测量后备直流单元输出端的直流电压；

差压监测单元，所述差压监测单元和直流母线监测单元、差压监测单元电性连接，用于根据二者测量的直流电压计算电压差，并在电压差达到一定数值时发出动作信号；

逻辑控制单元，所述逻辑控制单元和母线电压监测单元、状态识别单元和差压监测单元电性连接，用于接收母线电压监测单元测量的电源电压数据、状态识别单元采集的变频器工作状态信号和差压监测单元发出的动作信号，并在电源电压欠压、变频器工作状态异常和差压监测单元发出动作信号时，控制执行单元进行工作；

执行单元，所述执行单元和后备直流单元、逻辑控制单元电性连接，用于在逻辑控制单元的控制下驱动后备直流单元工作；

后备直流单元，所述后备直流单元和所保护变频器的直流母线端电性连接，用于在执行单元的驱动下保证变频器的直流母线端电压稳定，直流母线端分为直流母线正极和直流母线负极。

优选的，所述后备直流单元包括充电二极管、存储电容单元、限流电阻、放电二极管、第一升压模块、第一高压电容、第二升压模块、第二高压电容和半桥斩波模块，所述存储电容单元、第一高压电容、第二高压电容和半桥斩波模块的负极均与变频器的直流母线负极直接电性连接，变频器的所述直流母线正极的上串联有充电二极管，所述存储电容单元的正极通过放电二极管与直流母线正极电性连接，所述放电二极管位于充电二极管后端，所述充电二极管和放电二极管的导通方向分别与存储电容单元的充电和放电方向相同，所述限流电阻和放电二极管并联，所述存储电容单元的后端依次设置有第一升压模块和第二升压模块，所述第一高压电容和第二高压电容的正极端分别与第一升压模块和第二升压模块的正极输出端电性连接，所述第二高压电容后端的直流母线正极设置有半桥斩波模块，所述半桥斩波模块的正极输出端与直流母线正极电性连接，所述半桥斩波模块和执行单元电性连接。

优选的，所述半桥斩波模块包括光耦隔离模块、驱动电路和两个MOS管，所述执行单元通过光耦隔离模块和驱动电路电性连接，用于控制驱动电路工作，所述驱动电路和两个MOS管的栅极电性连接，两个所述MOS管的源极和漏极串联，且串联连接点与直流母线正极电性连接，两个所述MOS管的另一个源极端和第二高压电容的正极电性连接，漏极和直流母线负极电性连接。

优选的，所述执行单元采用PWM模块。

优选的，所述母线电压监测单元、直流母线监测单元和后备母线监测单元均为数字式监测单元。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型通过状态识别单元检测变频器的工作状态，通过母线电压监测单元监测变频器的输入电压，通过直流母线监测单元和后备母线监测单元分别监测变频器的直流母线电压和保持直流母线电压的后备直流单元的电压，能够准确的判断变频器欠压晃电的停机的情况，能够有效地剔除过压导致变频器停机的情况，让后备直流单元只在变频器欠压晃电时投入；

2、本实用新型通过逻辑控制单元控制执行单元驱动后备直流单元，相对于传统的充电电容直接并连在变频器直流母线上的方式，能够根据变频器的直流母线电压和后备直流单元的电压的差值，准确的释放后备直流单元存储的电能，保证变频器的直流母线端电压更加的稳定。

附图说明

图1为本实用新型系统结构示意图；

图2为本实用新型中后备直流单元的系统结构示意图；

图3为本实用新型中半桥斩波模块的系统结构示意图。

图中：1母线电压监测单元、2状态识别单元、3直流母线监测单元、4后备母线监测单元、5差压监测单元、6逻辑控制单元、7执行单元、8后备直流单元、801充电二极管、802存储电容单元、803限流电阻、804放电二极管、805第一升压模块、806第一高压电容、807第二升压模块、808第二高压电容、809半桥斩波模块、81直流母线正极、82直流母线负极。

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。

实施例：

请参阅图1至图3，本实用新型提供一种技术方案：

一种变频器型智能晃电保护装置，包括母线电压监测单元1、状态识别单元2、直流母线监测单元3、母线监测单元4、差压监测单元5、逻辑控制单元6、执行单元7和后备直流单元8，其中：

所述母线电压监测单元1、直流母线监测单元3和后备母线监测单元4均为数字式监测单元，所述母线电压监测单元1采用JXDA4U交流电压变送器和DAQM系列模数转换器构成，所述直流母线监测单元3和后备母线监测单元4采用KCE-CZ01直流电压传感器和DAQM系列模数转换器构成，XDA4U交流电压变送器和KCE-CZ01直流电压传感器采集的所保护变频器的工作交流电源的交流电压、所保护变频器的直流母线端和后备直流单元8的直流电压的输出值为模拟量，通过DAQM系列模数转换器转换后所发送的数据均为数字量，直流母线端分为直流母线正极81和直流母线负极82。

所述母线电压监测单元1和所保护的变频器电源端电性连接，能够测量所保护变频器的工作交流电源的电压，然后将测量的变频器电源电压转化为数字量，所述状态识别单元2和所保护变频器的状态信号端电性连接，状态识别单元2主要和变频器的运行状态信号和故障跳闸信号等运行状态的输出端链接，用于采集所保护变频器的工作状态，所述直流母线监测单元3和所保护变频器的直流母线端电性连接，能够测量所保护变频器的直流母线端的直流电压，并转为数字量，所述后备母线监测单元4和后备直流单元8电性连接，能够测量后备直流单元8输出端的直流电压，并转为数字量，所述差压监测单元5和直流母线监测单元3、差压监测单元5电性连接，所述差压监测单元5基于集成数字比较器CC14585构成，能够接收直流母线监测单元3和后备母线监测单元4所发送过来的电压数字式测量值，根据二者测量的直流电压计算电压差，并在电压差达到一定数值时发出动作信号。

所述逻辑控制单元6和母线电压监测单元1、状态识别单元2、差压监测单元5和执行单元7电性连接，所述逻辑控制单元6基于MSP430构成，所述母线电压监测单元1和逻辑控制单元6的通讯口连接，逻辑控制单元6接受母线电压监测单元1采集的所保护变频器的工作交流电源的交流电压的电压数字量，状态识别单元2、差压监测单元5和逻辑控制单元6的I/O端口连接，逻辑控制单元6能够接收状态识别单元2采集所保护变频器的工作状态和差压监测单元5所发出的动作信号。

所述执行单元7采用PWM模块，所述执行单元7和逻辑控制单元6电性连接，执行单元7的输入控制端和逻辑控制单元6的I/O端口连接，PWM模块能够在逻辑控制单元6的控制下发出不同频率等参数的信号，所述执行单元7和后备直流单元8电性连接，所述后备直流单元8包括充电二极管801、存储电容单元802、限流电阻803、放电二极管804、第一升压模块805、第一高压电容806、第二升压模块807、第二高压电容808和半桥斩波模块809，所述存储电容单元802、第一高压电容806、第二高压电容808和半桥斩波模块809的负极均与变频器的直流母线负极82直接电性连接，变频器的所述直流母线正极81的上串联有充电二极管801，充电二极管801让变频的直流母线能够单向的对存储电容单元802进行充电，所述存储电容单元802的正极通过放电二极管804与直流母线正极81电性连接，所述放电二极管804位于充电二极管801后端，所述充电二极管801和放电二极管804的导通方向分别与存储电容单元802的充电和放电方向相同，存储电容单元802在放电时通过放电二极管804，保证存储电容单元802只对后续负载供电，充电时不通过，充电二极管801让变频的直流母线能够单向的对存储电容单元802进行充电，所述限流电阻803和放电二极管804并联，存储电容单元802在进行充电时，电流通过限流电阻803进行充电，限流电阻803起到限流的作用，防止电流过大损坏存储电容单元802。

所述存储电容单元802的后端依次设置有第一升压模块805和第二升压模块807，所述第一高压电容806和第二高压电容808的正极端分别与第一升压模块805和第二升压模块807的正极输出端电性连接，第一升压模块805对存储电容单元802释放的电量进行第一次升压，并将升压后的电量存储在第一高压电容806内，第二升压模块807对第一高压电容806进行二次升压，并将升压后的电量存储在第二升压模块807，通过两级升压保证存储电容单元802释放的电量的电压满足保证直流母线电压的需求。

所述第二高压电容808后端的直流母线正极81设置有半桥斩波模块809，所述半桥斩波模块809包括光耦隔离模块、驱动电路和两个MOS管，所述执行单元7通过光耦隔离模块和驱动电路电性连接，用于控制驱动电路工作，光耦隔离模块起到隔离的作用，降低干扰，所述驱动电路和两个MOS管的栅极电性连接，驱动电路和个MOS管现有的驱动电路相同，两个所述MOS管的源极和漏极串联，且串联连接点与直流母线正极81电性连接，两个所述MOS管的另一个源极端和第二高压电容808的正极电性连接，漏极和直流母线负极82电性连接，后备直流单元8在进行工作时，变频器的直流母线依次通过充电二极管801和限流电阻803对存储电容单元802进行充电，在逻辑控制单元6接收母线电压监测单元1采集的所保护变频器的工作交流电源的交流电压的电压数字量出现快速下降时，即变频器的工作交流电源电压出现快速的下降，逻辑控制单元6接收到状态识别单元2发出的变频器工作状态信号发生异常时，逻辑控制单元6接收到差压监测单元5所发出的动作信号时，即判断变频器出现晃电的情况，通过母线电压监测单元1监测变频器的输入电压，通过直流母线监测单元3和后备母线监测单元4分别监测变频器的直流母线电压和保持直流母线电压的后备直流单元8的电压，能够准确的判断变频器欠压晃电的停机的情况，能够有效地剔除过压导致变频器停机的情况，让后备直流单元8只在变频器欠压晃电时投入。

判断出现晃电的情况时，逻辑控制单元6控制执行单元7发出PMW的脉冲信号，让两个MOS管交替导通，输出直流电压从而保证与其连接的直流母线的电压不下降，通过逻辑控制单元6控制执行单元驱动后备直流单元8，相对于传统的充电电容直接并连在变频器直流母线上的方式，能够根据变频器的直流母线电压和后备直流单元8的电压的差值，准确的释放后备直流单元8存储的电能，在二者的电压差值为0时，后备直流单元8不会持续释放电能，保证变频器的直流母线端电压更加的稳定。

本实用新型的使用原理：本实用新型在使用时，将母线电压监测单元1和所保护的变频器电源端电性连接，将所述状态识别单元2和所保护变频器的状态信号端电性连接，将直流母线监测单元3和所保护变频器的直流母线端电性连接，将后备直流单元8的输入输出端直接并联在所保护变频器的直流母线上；

在变频器正常的使用时，变频器的直流母线依次通过充电二极管801和限流电阻803对存储电容单元802进行充电，在逻辑控制单元6判断变频器出现晃电的情况时，存储电容单元802通过放电二极管804释放其存储的电量，然后第一升压模块805对存储电容单元802释放的电量进行第一次升压，并将升压后的电量存储在第一高压电容806内，第二升压模块807对第一高压电容806进行二次升压，并将升压后的电量存储在第二升压模块807，同时逻辑控制单元6控制执行单元7发出PMW的脉冲信号，让两个MOS管交替导通，输出直流电压保证与其连接的直流母线的电压不下降。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种变频器型智能晃电保护装置，其特征在于，包括：

母线电压监测单元(1)，所述母线电压监测单元(1)和所保护的变频器电源端电性连接，用于测量所保护变频器的工作交流电源的电压；

状态识别单元(2)，所述状态识别单元(2)和所保护变频器的状态信号端电性连接，用于采集所保护变频器的工作状态；

直流母线监测单元(3)，所述直流母线监测单元(3)和所保护变频器的直流母线端电性连接，用于测量所保护变频器的直流母线端的直流电压；

后备母线监测单元(4)，所述后备母线监测单元(4)和后备直流单元(8)电性连接，用于测量后备直流单元(8)输出端的直流电压；

差压监测单元(5)，所述差压监测单元(5)和直流母线监测单元(3)、差压监测单元(5)电性连接，用于根据二者测量的直流电压计算电压差，并在电压差达到一定数值时发出动作信号；

逻辑控制单元(6)，所述逻辑控制单元(6)和母线电压监测单元(1)、状态识别单元(2)和差压监测单元(5)电性连接，用于接收母线电压监测单元(1)测量的电源电压数据、状态识别单元(2)采集的变频器工作状态信号和差压监测单元(5)发出的动作信号，并在电源电压欠压、变频器工作状态异常和差压监测单元(5)发出动作信号时，控制执行单元(7)进行工作；

执行单元(7)，所述执行单元(7)和后备直流单元(8)、逻辑控制单元(6)电性连接，用于在逻辑控制单元(6)的控制下驱动后备直流单元(8)工作；

后备直流单元(8)，所述后备直流单元(8)和所保护变频器的直流母线端电性连接，用于在执行单元(7)的驱动下保证变频器的直流母线端电压稳定，直流母线端分为直流母线正极(81)和直流母线负极(82)。

2.根据权利要求1所述的一种变频器型智能晃电保护装置，其特征在于：所述后备直流单元(8)包括充电二极管(801)、存储电容单元(802)、限流电阻(803)、放电二极管(804)、第一升压模块(805)、第一高压电容(806)、第二升压模块(807)、第二高压电容(808)和半桥斩波模块(809)，所述存储电容单元(802)、第一高压电容(806)、第二高压电容(808)和半桥斩波模块(809)的负极均与变频器的直流母线负极(82)直接电性连接，变频器的所述直流母线正极(81)的上串联有充电二极管(801)，所述存储电容单元(802)的正极通过放电二极管(804)与直流母线正极(81)电性连接，所述放电二极管(804)位于充电二极管(801)后端，所述充电二极管(801)和放电二极管(804)的导通方向分别与存储电容单元(802)的充电和放电方向相同，所述限流电阻(803)和放电二极管(804)并联，所述存储电容单元(802)的后端依次设置有第一升压模块(805)和第二升压模块(807)，所述第一高压电容(806)和第二高压电容(808)的正极端分别与第一升压模块(805)和第二升压模块(807)的正极输出端电性连接，所述第二高压电容(808)后端的直流母线正极(81)设置有半桥斩波模块(809)，所述半桥斩波模块(809)的正极输出端与直流母线正极(81)电性连接，所述半桥斩波模块(809)和执行单元(7)电性连接。

3.根据权利要求2所述的一种变频器型智能晃电保护装置，其特征在于：所述半桥斩波模块(809)包括光耦隔离模块、驱动电路和两个MOS管，所述执行单元(7)通过光耦隔离模块和驱动电路电性连接，用于控制驱动电路工作，所述驱动电路和两个MOS管的栅极电性连接，两个所述MOS管的源极和漏极串联，且串联连接点与直流母线正极(81)电性连接，两个所述MOS管的另一个源极端和第二高压电容(808)的正极电性连接，漏极和直流母线负极(82)电性连接。

4.根据权利要求3所述的一种变频器型智能晃电保护装置，其特征在于：所述执行单元(7)采用PWM模块。

5.根据权利要求1所述的一种变频器型智能晃电保护装置，其特征在于：所述母线电压监测单元(1)、直流母线监测单元(3)和后备母线监测单元(4)均为数字式监测单元。

Images