CN219554819U - 一种基于滞回比较器的矿用变频器放电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于滞回比较器的矿用变频器放电装置，包括电压采样单元、稳压单元、电压跟随单元、逆序滞回比较器单元和变频器放电单元；所述电压采样单元的输入端与矿用变频器的直流母线电性连接，其输出端分别与稳压单元的输入端和变频器放电单元的一端电性连接；所述稳压单元的输出端分别与电压跟随单元的输入端和逆序滞回比较器单元的输入端电性连接；所述电压跟随单元的输出端与逆序滞回比较器单元的输入端电性连接；所述逆序滞回比较器单元的的输出端与变频器放电单元的一端电性连接，所述变频器放电单元的另一端与矿用变频器的直流母线电性连接。本实用新型显著提高了矿用变频器放电装置的安全性能。

Description

一种基于滞回比较器的矿用变频器放电装置

技术领域

本实用新型涉及矿用变频器放电技术领域，具体涉及一种基于滞回比较器的矿用变频器放电装置。

背景技术

矿用变频器为煤矿首选的电机驱动控制设备,应用最为广泛的为交直交型电压源型变频器。该类型变频器主回路主要由整流电路、直流滤波电路和逆变电路组成。整流电路将电网来的交流电转换成直流电；直流滤波电路采用电容储能元件，缓冲负载的无功功率，使直流输出电压波形比较平坦，近似为一个内阻为零的电压源；逆变电路将直流滤波电路的直流电压逆变为频率和电压可变的三相电供给驱动电机。

随着煤矿井下变频器输出功率的越来越大，直流滤波电路中的电容容量也越来越大。大容量电容可以使直流纹波更低对逆变电路的支撑能力也越强，可以极大的满足煤矿对重载启动、过载能力的需求，但同时大容量电容在变频器断电后放电过程会十分缓慢,无法进行变频器快速维护和检修。为防止变频器开盖维护和检修过程出现失爆，煤矿行业标准GB/T3836.1-2021爆炸性环境第1部分：设备通用要求，设备防爆外壳打开时间要求在15分钟内将变频器电容剩余能量不得高于0.2mJ。

现有技术公开了一种变频器放电装置(202110330632.4)，变频器放电装置原理如图1所示，装置通过功率电阻将电能转化为电阻热能以达到吸收直流滤波电路残余电压的目的。吸收过程分为两个阶段，第一阶段为由直接并联在直流滤波电路的R1和R2进行能量吸收，吸收能量的同时稳压二极管D1和D2从DC+和DC-取电后控制继电器K触点断开并维持继电器断开状态，第二阶段为DC+和DC-电压降到一定值时，稳压二极管D1和D2取电不足无法控制继电器K维持触点断开状态，触点自动由断开状态变为闭合状态，快速放电电阻R3和R4投入，实现变频器快速放电。一年多的实际应用，取得了一定的实际的应用效果，但也在应该过程中暴露出该变频放电装置的缺陷。由于继电器K由稳压二极管D1和D2取电电压控制，当DC+和DC-电压上升或下降的过程中，稳压二极管D1和D2取电电压处于继电器吸合或维持电压的临界值时，继电器K就会高频率吸合和断开，因此在继电器K触点间就会产生拉弧，长期实用将导致触点粘连。继电器触点粘连后如再次给直流滤波电路充电因R3和R4无法从DC+和DC-脱开，电阻R3和R4持续发热直至变频器放电装置损坏，图2为继电器触点拆解图。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本实用新型提供了一种基于滞回比较器的矿用变频器放电装置。

为了达到上述发明目的，本实用新型采用的技术方案为：

一种基于滞回比较器的矿用变频器放电装置，包括：

电压采样单元、稳压单元、电压跟随单元、逆序滞回比较器单元和变频器放电单元；

所述电压采样单元的输入端与矿用变频器的直流母线电性连接，其输出端分别与稳压单元的输入端和变频器放电单元的一端电性连接；

所述稳压单元的输出端分别与电压跟随单元的输入端和逆序滞回比较器单元的输入端电性连接；

所述电压跟随单元的输出端与逆序滞回比较器单元的输入端电性连接；

所述逆序滞回比较器单元的的输出端与变频器放电单元的一端电性连接，所述变频器放电单元的另一端与矿用变频器的直流母线电性连接。

可选择地，所述电压采样单元包括第一电阻和第二电阻；

所述第一电阻的一端与矿用变频器的直流母线的正极端电性连接，其另一端与第二电阻的一端电性连接；

所述第二电阻的另一端与矿用变频器的直流母线的负极端电性连接；

所述第一电阻与第二电阻的连接端与稳压单元的输入端电性连接。

可选择地，所述稳压单元包括第一双向稳压二极管、第二双向稳压二极管、第一电容、第二电容、第三双向稳压二极管、第五电阻、第三电容、基准电压源、第六电阻、第七电阻和第八电阻；

所述第一双向稳压二极管、第二双向稳压二极管、第一电容、第二电容均并联连接，且第一并联端分别与第五电阻的一端以及变频器放电单元的一端电性连接，第二并联端接地；

所述第五电阻的另一端分别与第三双向稳压二极管的一端、第三电容的一端、第六电阻的一端以及第七电阻的一端电性连接，并作为稳压输出端；

所述第三双向稳压二极管的另一端和第三电容的另一端均接地；

所述第六电阻的另一端与基准电压源的阴极电性连接，所述基准电压源的正极接地，所述基准电压源的参考极与逆序滞回比较器单元的输入端电性连接并接地；

所述第七电阻的另一端与第八电阻的一端电性连接，并与电压跟随单元的输入端电性连接；

所述第八电阻的另一端接地。

可选择地，所述电压跟随单元包括电压跟随器；

所述电压跟随器的同相输入端与第七电阻和第八电阻的连接端电性连接；

所述电压跟随器的反相输入端与其输出端电性连接；

所述电压跟随器的输出端与逆序滞回比较器单元的输入端电性连接。

可选择地，所述逆序滞回比较器单元包括运算放大器、第九电阻、第十电阻、第十八电容、第十一电阻、第十二电阻和MOS管；

所述运算放大器的同相输入端分别与第九电阻的一端和第十电阻的一端电性连接，所述第九电阻的另一端与电压跟随器的输出端电性连接，所述第十电阻的另一端与运算放大器的输出端电性连接；

所述运算放大器的反相输入端与基准电压源的参考极电性连接；

所述运算放大器的输出端分别与第十八电容的一端、第十一电阻的一端及第十二电阻的一端电性连接，所述第十八电容的另一端及第十一电阻的另一端接地；所述第十二电阻的另一端与MOS管的栅极电性连接；

所述MOS管的源极接地，所述MOS管的漏极与变频器放电单元的一端电性连接。

可选择地，所述变频器放电单元包括继电器、第三电阻和第四电阻；

所述继电器的线圈一端与第一并联端电性连接，所述继电器的线圈另一端与MOS管的漏极电性连接；

所述继电器的开关触点一端经过第三电阻与矿用变频器的直流母线的正极端电性连接，所述继电器的开关触点另一端经过第四电阻与矿用变频器的直流母线的负极端电性连接。

本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型基于逆序迟滞比较器和继电器实现对矿用变频器的直流母线电压的自动快速放电效果，根据逆序迟滞比较器的门限电压和门限宽度可以充分保证继电器吸合时具有足够的能量，不出现触点抖动的情况，从而解决了现有方案中触点抖动粘连后导致电阻持续发热直至变频器放电装置损坏的问题，显著提高了矿用变频器放电装置的安全性能。

附图说明

图1为本实施例的一种基于滞回比较器的矿用变频器放电装置结构示意图；

图2为本实施例的一种基于滞回比较器的矿用变频器放电装置原理示意图。

具体实施方式

下面对本实用新型的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本实用新型，但应该清楚，本实用新型不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本实用新型的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本实用新型构思的实用新型创造均在保护之列。

如图1和图2所示，本实用新型实施例提供了一种基于滞回比较器的矿用变频器放电装置，包括：

电压采样单元、稳压单元、电压跟随单元、逆序滞回比较器单元和变频器放电单元；

所述电压采样单元的输入端与矿用变频器的直流母线电性连接，其输出端分别与稳压单元的输入端和变频器放电单元的一端电性连接；

所述稳压单元的输出端分别与电压跟随单元的输入端和逆序滞回比较器单元的输入端电性连接；

所述电压跟随单元的输出端与逆序滞回比较器单元的输入端电性连接；

所述逆序滞回比较器单元的的输出端与变频器放电单元的一端电性连接，所述变频器放电单元的另一端与矿用变频器的直流母线电性连接。

在本实施例中，所述电压采样单元包括第一电阻R1和第二电阻R2；

所述第一电阻R1的一端与矿用变频器的直流母线的正极端DC+电性连接，其另一端与第二电阻R2的一端电性连接；

所述第二电阻R2的另一端与矿用变频器的直流母线的负极端DC-电性连接；

所述第一电阻R1与第二电阻R2的连接端与稳压单元的输入端电性连接。

在本实施例中，所述稳压单元包括第一双向稳压二极管D1、第二双向稳压二极管D2、第一电容C1、第二电容C2、第三双向稳压二极管D3、第五电阻R4、第三电容C3、基准电压源U1、第六电阻R6、第七电阻R7和第八电阻R8；

所述第一双向稳压二极管D1、第二双向稳压二极管D2、第一电容C1、第二电容C1均并联连接，且第一并联端分别与第五电阻R5的一端以及变频器放电单元的一端电性连接，第二并联端接地；

所述第五电阻R5的另一端分别与第三双向稳压二极管D3的一端、第三电容C3的一端、第六电阻R6的一端以及第七电阻R7的一端电性连接，并作为稳压输出端；

所述第三双向稳压二极管D3的另一端和第三电容C3的另一端均接地；

所述第六电阻R6的另一端与基准电压源U1的阴极2电性连接，所述基准电压源U1的正极3接地，所述基准电压源U1的参考极1与逆序滞回比较器单元的输入端电性连接并接地；

所述第七电阻R7的另一端与第八电阻R8的一端电性连接，并与电压跟随单元的输入端电性连接；

所述第八电阻R8的另一端接地。

在本实施例中，所述电压跟随单元包括电压跟随器U2A；

所述电压跟随器U2A的同相输入端3与第七电阻R7和第八电阻R8的连接端电性连接；

所述电压跟随器U2A的反相输入端2与其输出端1电性连接；

所述电压跟随器U2A的输出端与逆序滞回比较器单元的输入端电性连接。

在本实施例中，所述逆序滞回比较器单元包括运算放大器U2B、第九电阻R9、第十电阻R10、第十八电容C18、第十一电阻R11、第十二电阻R12和MOS管；

所述运算放大器U2B的同相输入端5分别与第九电阻R9的一端和第十电阻R10的一端电性连接，所述第九电阻R9的另一端与电压跟随器U2A的输出端1电性连接，所述第十电阻R10的另一端与运算放大器U2B的输出端7电性连接；

所述运算放大器U2B的反相输入端6与基准电压源U1的参考极1电性连接；

所述运算放大器U2B的输出端7分别与第十八电容C18的一端、第十一电阻R11的一端及第十二电阻R12的一端电性连接，所述第十八电容C18的另一端及第十一电阻R11的另一端接地；所述第十二电阻R12的另一端与MOS管的栅极1电性连接；

所述MOS管的源极2接地，所述MOS管的漏极3与变频器放电单元的一端电性连接。

在本实施例中，所述变频器放电单元包括继电器K1、第三电阻R3和第四电阻R4；

所述继电器K1的线圈一端1与第一并联端电性连接，所述继电器K1的线圈另一端2与MOS管的漏极3电性连接；

所述继电器K1的开关触点一端3经过第三电阻R3与矿用变频器的直流母线的正极端DC+电性连接，所述继电器K1的开关触点另一端3经过第四电阻R4与矿用变频器的直流母线的负极端DC-电性连接。

本实用新型实施例的提供的一种基于滞回比较器的矿用变频器放电装置的工作原理为：

首先通过第一电阻R1和第二电阻R2从矿用变频器的直流母线的正极端DC+和负极端DC-进行电压采样，然后利用第一双向稳压二极管D1和第二双向稳压二极管D2进行取电，经过第五电阻R5和第三双向稳压二极管D3稳压后提供5V电压供给电压跟随器U2A，电压跟随器U2A输入为高阻态，输出为低阻，降低了对前级输入电流的要求。第七电阻R7和第八电阻R8构成电阻分压电路，将电阻分压后的电压VF输入给电压跟随器U2A的同相输入端。再利用运算放大器U2B、第九电阻R9、第十电阻R10构成逆序迟滞比较器，运算放大器U2B的反向输入端输入电压基准Vref，通过调整第九电阻R9和第十电阻R10的阻值即可控制门限电压和门限宽度，从而控制比较器输出状态。由低电平变为高电平的电压阀值为Uh，由高电平变为低电平的电压阀值为Ul，通过调整第九电阻R9和第十电阻R10的阻值可以调整Uh和Ul门限值，并在两个门限电压间产生一个门限宽度，用此门限宽度覆盖电容充放电的过程的一个区间，在此区间内继电器K处于稳态，当电压低于Ul或高压Uh时继电器K才进行状态切换，从而充分保证了继电器吸合时具有足够的能量，不出现触点抖动的情况，从而解决了现有方案中触点抖动粘连后导致电阻持续发热直至变频器放电装置损坏的问题。

本实用新型中应用了具体实施例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本实用新型的原理，应被理解为本实用新型的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本实用新型公开的这些技术启示做出各种不脱离本实用新型实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本实用新型的保护范围内。

Claims (6)

1.一种基于滞回比较器的矿用变频器放电装置，其特征在于，包括：

电压采样单元、稳压单元、电压跟随单元、逆序滞回比较器单元和变频器放电单元；

所述电压采样单元的输入端与矿用变频器的直流母线电性连接，其输出端分别与稳压单元的输入端和变频器放电单元的一端电性连接；

所述稳压单元的输出端分别与电压跟随单元的输入端和逆序滞回比较器单元的输入端电性连接；

所述电压跟随单元的输出端与逆序滞回比较器单元的输入端电性连接；

所述逆序滞回比较器单元的输出端与变频器放电单元的一端电性连接，所述变频器放电单元的另一端与矿用变频器的直流母线电性连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于滞回比较器的矿用变频器放电装置，其特征在于，所述电压采样单元包括第一电阻和第二电阻；

所述第一电阻的一端与矿用变频器的直流母线的正极端电性连接，其另一端与第二电阻的一端电性连接；

所述第二电阻的另一端与矿用变频器的直流母线的负极端电性连接；

所述第一电阻与第二电阻的连接端与稳压单元的输入端电性连接。

3.根据权利要求2所述的一种基于滞回比较器的矿用变频器放电装置，其特征在于，所述稳压单元包括第一双向稳压二极管、第二双向稳压二极管、第一电容、第二电容、第三双向稳压二极管、第五电阻、第三电容、基准电压源、第六电阻、第七电阻和第八电阻；

所述第一双向稳压二极管、第二双向稳压二极管、第一电容、第二电容均并联连接，且第一并联端分别与第五电阻的一端以及变频器放电单元的一端电性连接，第二并联端接地；

所述第五电阻的另一端分别与第三双向稳压二极管的一端、第三电容的一端、第六电阻的一端以及第七电阻的一端电性连接，并作为稳压输出端；

所述第三双向稳压二极管的另一端和第三电容的另一端均接地；

所述第六电阻的另一端与基准电压源的阴极电性连接，所述基准电压源的正极接地，所述基准电压源的参考极与逆序滞回比较器单元的输入端电性连接并接地；

所述第七电阻的另一端与第八电阻的一端电性连接，并与电压跟随单元的输入端电性连接；

所述第八电阻的另一端接地。

4.根据权利要求3所述的一种基于滞回比较器的矿用变频器放电装置，其特征在于，所述电压跟随单元包括电压跟随器；

所述电压跟随器的同相输入端与第七电阻和第八电阻的连接端电性连接；

所述电压跟随器的反相输入端与其输出端电性连接；

所述电压跟随器的输出端与逆序滞回比较器单元的输入端电性连接。

5.根据权利要求4所述的一种基于滞回比较器的矿用变频器放电装置，其特征在于，所述逆序滞回比较器单元包括运算放大器、第九电阻、第十电阻、第十八电容、第十一电阻、第十二电阻和MOS管；

所述运算放大器的同相输入端分别与第九电阻的一端和第十电阻的一端电性连接，所述第九电阻的另一端与电压跟随器的输出端电性连接，所述第十电阻的另一端与运算放大器的输出端电性连接；

所述运算放大器的反相输入端与基准电压源的参考极电性连接；

所述运算放大器的输出端分别与第十八电容的一端、第十一电阻的一端及第十二电阻的一端电性连接，所述第十八电容的另一端及第十一电阻的另一端接地；所述第十二电阻的另一端与MOS管的栅极电性连接；

所述MOS管的源极接地，所述MOS管的漏极与变频器放电单元的一端电性连接。

6.根据权利要求5所述的一种基于滞回比较器的矿用变频器放电装置，其特征在于，所述变频器放电单元包括继电器、第三电阻和第四电阻；

所述继电器的线圈一端与第一并联端电性连接，所述继电器的线圈另一端与MOS管的漏极电性连接；

所述继电器的开关触点一端经过第三电阻与矿用变频器的直流母线的正极端电性连接，所述继电器的开关触点另一端经过第四电阻与矿用变频器的直流母线的负极端电性连接。