CN219739953U - 一种三相电机大电流保护电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种三相电机大电流保护电路，包括霍尔隔离采样电路，用于获取霍尔电流传感器输出的三相电流并对其进行过滤高频噪音；三相电流整流电路，用于将过滤高频噪音的三相电流整流输出电流的波峰和波谷；电压比较电路，用于获取波峰、波谷并将其分别与设定值参考电压进行对比后输出电平信号；以及单片机，用于获取电平信号对电机进行过流或者短路保护。本实用新型通过霍尔隔离采样电路对高压大电流进行采样，对比一般的高压侧低压侧电流采样，具有隔离作用，避免引入高压干扰，经过和基准电压比较后进行过流或者短路保护，整个电路对于电机电流检测和保护十分的完善。

Description

一种三相电机大电流保护电路

技术领域

本实用新型涉及同步电机技术领域，具体涉及一种三相电机大电流保护电路。

背景技术

同步电机也是一种交流电机。主要做发电机用，也可做电动机用，一般用于功率较大，转速不要求调节的生产机械，例如大型水泵，空压机和矿井通风机等。近年由于永磁材料和电子技术的发展，微型同步电机得到越来越广泛的应用。同步电动机的特点之一是稳定运行时的转速n与定子电流的频率f1之间有严格不变的关系，即；同步电动机的转速n与旋转磁场的转速n0相同。

在控制同步电机时，电源电压过高、三相电源不平衡、电机过载、拖动的机械负载工作不正常等都会导致电流过大，当定子电流超过额定电流时，会导致电机温度升高，加速绝缘老化，长期过载运行会烧坏电机，为了使电机在恶劣环境及突发故障情况下安全可靠地工作，这就需要一种速度较快的保护电路在电路出现突发故障情况下能够迅速关断输出以避免电机出现永久性损坏，从而达到保护电机的作用。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种三相电机大电流保护电路。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种三相电机大电流保护电路，包括：

霍尔隔离采样电路，用于获取霍尔电流传感器输出的三相电流并对其进行过滤高频噪音；

三相电流整流电路，用于将过滤高频噪音的三相电流整流输出电流的波峰和波谷；

电压比较电路，用于获取波峰、波谷并将其分别与设定值参考电压进行对比后输出电平信号；

单片机，用于获取电平信号对电机进行过流或者短路保护。

进一步地，所述霍尔隔离采样电路包括电阻R231、运算放大器U2、电容C58，所述电阻R231的一端与运算放大器U2的正相输入端连接，电容C58的一端接入电阻R231与运算放大器U2之间，电容C58的另一端接地，所述运算放大器U2的负相输入端与输出端连接。

进一步地，所述三相电流整流电路包括双向二极管D25、D26、D27、电阻R421、R424、R430、R433，所述双向二极管D25的负极与双向二极管D26、D27的负极依次相连后接入电阻R421，双向二极管D25的正极与双向二极管D26、D27的正极依次相连后接入电阻R424，所述电阻R421与电阻R421之间连接有依次串联的电阻R430、R433。

进一步地，所述电压比较电路包括比较器U33、U34、波峰低通滤波单元、参考电压低通滤波单元一、波谷低通滤波单元、参考电压低通滤波单元二，所述波峰低通滤波单元、参考电压低通滤波单元一分别连接比较器U33的正相输入端和负相输入端，所述波谷低通滤波单元、参考电压低通滤波单元二分别连接比较器U34的正相输入端和负相输入端。

进一步地，所述波峰低通滤波单包括电阻R400、电容C309，所述电阻R400的一端与三相电流整流电路的输出端连接，所述电容C309的一端接入电阻R400与三相电流整流电路之间，且电容C309的另一端接地。

进一步地，所述参考电压低通滤波单元一包括电阻R389和电容C28，所述电阻R389与比较器U33的负相输入端连接，所述电容C28的一端接入电阻R389与比较器U33之间，且电容C28的另一端接地。

进一步地，所述波谷低通滤波单元包括电阻R391、电容C287，所述电阻R391与比较器U34的正相输入端连接，所述电容C287的一端接入电阻R391与比较器U34之间，且电容C287的另一端接地。

进一步地，所述参考电压低通滤波单元二包括电容C310，所述电容C310的一端与比较器U34的负相输入端连接，且电容C310的另一端接地。

进一步地，所述单片机的型号为TMS320F28234PTPS。

由上述技术方案可知，本实用新型具有如下有益效果：

该三相电机大电流保护电路通过霍尔隔离采样电路对高压大电流进行采样，对比一般的高压侧低压侧电流采样，具有隔离作用，避免引入高压干扰，再通过三相电流整流电路，根据电机控制电流的频率，进行低通有源滤波，滤除干扰信号使得电流采样更为准确，整流电路可以捕捉瞬间电流的波峰和波谷，整出波峰波谷和基准信号进行对比，进行过流保护，通过设置不同的参考电压，以及改变电阻的方式，来设置不同等级的过流保护，经过和基准电压比较后进行过流或者短路保护。整个电路对于电机电流检测和保护十分的完善。

附图说明

图1为本实用新型霍尔隔离采样电路图；

图2为本实用新型三相电流整流电路图；

图3为本实用新型电压比较电路图。

具体实施方式

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

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。

请参阅图1-2，本实用新型提供一种三相电机大电流保护电路，包括霍尔隔离采样电路、三相电流整流电路、电压比较电路和单片机，其中霍尔隔离采样电路包括电阻R232、电阻R233、运算放大器U2、电容C58，所述电阻R232的一端与运算放大器U2的正相输入端连接，电容C58的一端接入电阻R232与运算放大器U2之间，电容C58的另一端接地，所述运算放大器U2的负相输入端与输出端连接后接入电阻R233。

VO-U1是霍尔电流传感器输出V0-U1＝Vc/5x(2.5+2/IpnxIp),Vc霍尔供电5V、Ipn和传感器的最大检测电流有关、Ip为实际采样到的电流值。IP＝P/(√3xUxcosθ)其中，P为负载功率，V为线电压，θ为功率因数角(cosθ为功率因数)，采样到的电流会有高频噪声直接进行处理的话会影响系统的稳定性，因此通过一个由运算放大器U2、C58、R234组成的一阶有源滤波滤除高频信号，频率大于的信号会衰减-3db。其中霍尔电流传感器的带宽为50Kh，会滤除一部分的高频噪声，通常电机的电流频率在2Khz以下，可以根据电机的运行频率去设置电阻电容，霍尔隔离采样电路获取霍尔电流传感器输出的三相电流并对其进行过滤高频噪音。

三相电流整流电路包括双向二极管D25、D26、D27、电阻R421、R424、R430、R433，所述双向二极管D25的负极与双向二极管D26、D27的负极依次相连后接入电阻R421后输出电流的波峰OC_CMP_H，双向二极管D25的正极与双向二极管D26、D27的正极依次相连后接入电阻R424后输出电流的波谷OC_CMP_L，所述电阻R421与电阻R421之间连接有依次串联的电阻R430、R433。

三相电流整流电路将过滤高频噪音的三相电流整流输出正半轴正弦波和负半轴正弦波，D25、D26、D27的一脚输出为IU-VF、IV-VF、IW-VF、(二极管的正向导通压降)，二极管具有钳位作用，输出为三相电流采样的的最大值OC_Hpp＝(Umax-VF)*R421/(R421+R430)，Umax为Asin(wt)、Asin(wt-2/3π)、Asin(wt+2/3π)三个的最大值。

D25、D26、D27的二脚输出为IU+VF、IV+VF、IW+VF,输出为三相电流采样的的最小值为OC_Lpp＝(5-Umin-VF)*R424/(R424+R433)+Umin。Umin为Asin(wt)、Asin(wt-2/3π)、Asin(wt+2/3π)三个的最小值，通过三相电流整流电路将过滤高频噪音的三相电流整流输出电流的波峰和波谷。

电压比较电路包括比较器U33、U34、波峰低通滤波单元、参考电压低通滤波单元一、波谷低通滤波单元、参考电压低通滤波单元二、电阻R441、R401、R442，所述电阻R441连接比较器U33的正相输入端和输出端，所述波峰低通滤波单元接入电阻R441与比较器U33之间，所述电阻R401与R442连接后接入比较器U34的输出端，比较器U34的正相输入端接入电阻R401与R442之间，波谷低通滤波单元与电阻R401连接；其中，波峰低通滤波单包括电阻R400、电容C309，所述电阻R400的一端与三相电流整流电路的输出端连接，所述电容C309的一端接入电阻R400与三相电流整流电路之间，且电容C309的另一端接地；参考电压低通滤波单元一包括电阻R389和电容C28，所述电阻R389与比较器U33的负相输入端连接，所述电容C28的一端接入电阻R389与比较器U33之间，且电容C28的另一端接地；波谷低通滤波单元包括电阻R391、电容C287，所述电阻R391与比较器U34的正相输入端连接，所述电容C287的一端接入电阻R391与比较器U34之间，且电容C287的另一端接地；参考电压低通滤波单元二包括电容C310，所述电容C310的一端与比较器U34的负相输入端连接，且电容C310的另一端接地。

将整流后的三相采样电流的波峰OC_CMP_H经过R400和C309组成的低通滤波电路连接到比较器U33的正相输入端，设定值参考电压OC_REF_H经过R389和C286组成的低通滤波电路连接到比较器U33的负相输入端，将两个值进行对比，若波峰OC_CMP_H大于设定参考电压OC_REF_H，则比较器U33的1脚输出为低电平，若波峰OC_CMP_H小于设定参考电压OC_REF_H，则比较器U33的1脚输出为高电平。

将整流后的三相采样电流的波谷OC_CMP_L经过R391和C287组成的低通滤波电路连接到比较器U34的正相输入端，设定值参考电压OC_REF_L经过C286滤波电容连接到比较器U34的负相输入端，将两个值进行对比，若波谷OC_CMP_L大于设定参考电压OC_REF_L，则比较器U34的13脚输出为高电平，若波谷OC_CMP_L小于设定参考电压OC_REF_L，比较器U34的13脚输出低电平。设置低电平有效，当发生过流，有一个比较器触发，输出低电平，会把另外一个比较器拉低，电压比较电路的输出端连接单片机PDP1，单片机接外部中断，当单片机PDP1检测到低电平会通过外部中断，触发后，停止输出SVPWM波即关断IGBT，起到过流或者短路保护作用，单片机的型号TMS320F28234PTPS。

本实用新型通过霍尔隔离采样电路对高压大电流进行采样，对比一般的高压侧低压侧电流采样，具有隔离作用，避免引入高压干扰，再通过三相电流整流电路，根据电机控制电流的频率，进行低通有源滤波，滤除干扰信号使得电流采样更为准确，整流电路可以捕捉瞬间电流的波峰和波谷，整出波峰波谷和基准信号进行对比，进行过流保护。通过设置不同的参考电压，以及改变电阻的方式，来设置不同等级的过流保护，经过和基准电压比较后进行过流或者短路保护。整个电路对于电机电流检测和保护都是十分的完善。

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 (9)

1.一种三相电机大电流保护电路，其特征在于，包括:

霍尔隔离采样电路，用于获取霍尔电流传感器输出的三相电流并对其进行过滤高频噪音；

三相电流整流电路，用于将过滤高频噪音的三相电流整流输出电流的波峰和波谷；

电压比较电路，用于获取波峰、波谷并将其分别与设定值参考电压进行对比后输出电平信号；以及

单片机，用于获取电平信号对电机进行过流或者短路保护。

2.根据权利要求1所述的一种三相电机大电流保护电路，其特征在于：所述霍尔隔离采样电路包括电阻R231、运算放大器U2、电容C58，所述电阻R231的一端与运算放大器U2的正相输入端连接，电容C58的一端接入电阻R231与运算放大器U2之间，电容C58的另一端接地，所述运算放大器U2的负相输入端与输出端连接。

3.根据权利要求1所述的一种三相电机大电流保护电路，其特征在于：所述三相电流整流电路包括双向二极管D25、D26、D27、电阻R421、R424、R430、R433，所述双向二极管D25的负极与双向二极管D26、D27的负极依次相连后接入电阻R421，双向二极管D25的正极与双向二极管D26、D27的正极依次相连后接入电阻R424，所述电阻R421与电阻R421之间连接有依次串联的电阻R430、R433。

4.根据权利要求1所述的一种三相电机大电流保护电路，其特征在于：所述电压比较电路包括比较器U33、U34、波峰低通滤波单元、参考电压低通滤波单元一、波谷低通滤波单元、参考电压低通滤波单元二，所述波峰低通滤波单元、参考电压低通滤波单元一分别连接比较器U33的正相输入端和负相输入端，所述波谷低通滤波单元、参考电压低通滤波单元二分别连接比较器U34的正相输入端和负相输入端。

5.根据权利要求4所述的一种三相电机大电流保护电路，其特征在于：所述波峰低通滤波单包括电阻R400、电容C309，所述电阻R400的一端与三相电流整流电路的输出端连接，所述电容C309的一端接入电阻R400与三相电流整流电路之间，且电容C309的另一端接地。

6.根据权利要求4所述的一种三相电机大电流保护电路，其特征在于：所述参考电压低通滤波单元一包括电阻R389和电容C28，所述电阻R389与比较器U33的负相输入端连接，所述电容C28的一端接入电阻R389与比较器U33之间，且电容C28的另一端接地。

7.根据权利要求4所述的一种三相电机大电流保护电路，其特征在于：所述波谷低通滤波单元包括电阻R391、电容C287，所述电阻R391与比较器U34的正相输入端连接，所述电容C287的一端接入电阻R391与比较器U34之间，且电容C287的另一端接地。

8.根据权利要求4所述的一种三相电机大电流保护电路，其特征在于：所述参考电压低通滤波单元二包括电容C310，所述电容C310的一端与比较器U34的负相输入端连接，且电容C310的另一端接地。

9.根据权利要求1所述的一种三相电机大电流保护电路，其特征在于：所述单片机的型号为TMS320F28234PTPS。