CN2733369Y - 一种电压源型高压逆变系统整流滤波电容实时检测器 - Google Patents

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CN2733369Y CNU200420093824XU CN200420093824U CN2733369Y CN 2733369 Y CN2733369 Y CN 2733369Y CN U200420093824X U CNU200420093824X U CN U200420093824XU CN 200420093824 U CN200420093824 U CN 200420093824U CN 2733369 Y CN2733369 Y CN 2733369Y
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王卫宏
姜新宇
曲树笋
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广州智光电力电子有限公司
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Abstract

本实用新型涉及一种电压源型高压逆变系统整流滤波电容实时检测器,其结构特点是:由分压电路(2)、信号调理和运算电路(3)、压频转换电路(4)、电平转换和隔离电路(5)、串行编码电路(6)、光纤及接口电路(7)、串行译码及计数电路(8)和CPU处理电路(9)连接而成;由CPU处理电路(9)进行计算,得出信号频率、推算出所测电容器两端的电压Udc。本实用新型可实现实时检测电压源型高压逆变系统高压电容器的直流电压和电容器容量。可判定该电容器老化失效,为高压逆变装置的运行和维护提供参考,为保障系统的正常运行打下坚实的基础。适用于电压等级为1kV至35kV的中、高压电力逆变系统。

Description

一种电压源型高压逆变系统整流滤波电容实时检测器
技术领域
本实用新型涉及一种电压源型高压逆变系统整流滤波电容实时检测器,适用于电压等级为1kV至35kV的中、高压电力逆变系统,属电力电子学、电气传动设备技术和测控技术领域。
背景技术
目前,国内外常见的电压源型高电压电力逆变装置,其整流滤波环节均采用电容器作为滤波元件,该整流滤波环节的直流电压的大小对于逆变装置的输出电压和控制性能有直接的关系。然而,由于高压逆变装置的功率单元的电压又较高,因此,一般不能实现由控制器实时直接采集功率单元的整流环节的直流电压,只能将电压异常信号(过压和欠压)以串行编码方式通过光纤通信传送到控制器。而且控制器对电压调制比(控制波电压峰值与直流电压的比)的选取也不能直接得到,只能通过对输出电压的测量来反馈控制。由于滤波电容器作为逆变装置的重要元件、对逆变装置的性能和寿命有直接的影响,从而直接影响系统的性能和寿命。逆变装置的运行必然导致滤波电容器的逐步老化,造成该滤波电容的容量下降和失效。为了防止由于滤波电容老化而影响整个系统的正常运行,有必要对滤波电容进行定时的检测和跟踪。但现有的高压逆变系统无法实现对滤波电容器的容量进行实时测试,需要在逆变装置停止运行后,在系统中接入测试设备或仪器仪表,进行离线式的容量测量。
实用新型内容本实用新型的目的,是为了解决现有电压源型高压逆变系统产品无法实现实时测量系统整流滤波电容的技术问题,提供一种电压源型高压逆变系统整流滤波电容实时检测器。
本实用新型的目的可以通过采取如下措施达到:一种电压源型高压逆变系统整流滤波电容实时检测器,其结构特点是:由分压电路2、信号调理和运算电路3、压频转换电路4、电平转换和隔离电路5、串行编码电路6、光纤及接口电路7、串行译码及计数电路8和CPU处理电路9连接而成;分压电路2的输入端并联在被测滤波电容回路1的两端、输出端通过信号调理和运算电路3连接压频转换电路4的输入端,压频转换电路4的输出端通过电平转换和隔离电路5连接串行编码电路6的输入端,串行编码电路6的输出端通过光纤及接口电路7连接串行译码及计数电路8的输入端,串行译码及计数电路8的输出端连接CPU处理电路9的输入端;由CPU处理电路9进行计算,得出信号频率、推算出所测电容器两端的电压Udc。
本实用新型的工作原理如下:首先,测量高压逆变系统中逆变装置功率单元的滤波电容的端电压。采用精密电阻或高压小容量精密电容将整流滤波电容器上的直流电压Udc分压,得出Uin作为采样电压,再经过电压运算电路转换为Vs电压信号,输入压频转换芯片,将电压Vs信号转换为频率F与Vs成正比的方波信号Fvdc,接入接收和发送光纤串行编码信号的控制接口芯片CPLD,将Fvdc频率信号的状态作为串行编码的一位,传送到高压逆变装置的控制核心控制器,控制器将光纤的串行编码进行串并转换后,将Fvdc方波信号还原,再利用控制器的时钟对该信号的周期进行计数,根据该计数与信号频率、频率信号与电压信号的关系推算出直流电压Udc。
然后根据测得的端电压值确定电容器的电容。利用如上测出的直流电压,再利用该电容器并联的电阻(高压逆变系统的直流滤波电容器一般采用多级串联来解决耐压问题,此时应设有并联均压电阻;或者采用高压无极性电容器,也需要并联放电电阻),根据RC串联回路中电容器电压与放电时间常数的关系,通过测量电容器电压和放电时间来推算其电容器的电容值。
本实用新型的目的可通过采取如下措施达到:分压回路2由精密电阻R1和R2连接而成;信号调理和运算电路3由运算放大芯片Uamp、电压基准芯片Uref及其外围电阻连接而成;压频转换电路4由电压/频率转换芯片Uvf及其外围电阻、电容连接而成,选择压频转换芯片附属的电阻电容回路参数,使其压频转换关系为线性关系F=K*Vs;电平转换和隔离电路5由光电隔离芯片Oc及其外围电阻构成;串行编码电路6由串行编码芯片Ucpld1及其振荡回路构成;光纤及接口电路7由光纤发送接口OPTO_TX、光纤FIBRE_OPTIC和光纤接收接口OPTO_RX构成;串行译码和计数电路⑧由译码计数芯片Ucpld2及其外围振荡回路构成;串行译码和计数电路8得到串行通讯信号的周期计数N,将N送到CPU处理电路9,由CPU可根据直流电压Udc与计数N之间的关系,求出电容器上的直流电压Udc。
本实用新型具有如下有益效果:1、通过采用本实用新型,可实现实时检测电压源型高压逆变系统高压电容器的直流电压和电容器容量。
2、本实用新型能够在不对高压逆变系统功率单元增加高绝缘耐压测量元件的情况下,实时测量电压等级为1kV至35kV的中、高压电力逆变系统功率单元的滤波电容的端电压,可以通过已有的光纤通信系统,使高压逆变系统的控制器可以得到功率单元直流电压数值,从而实时测出所述滤波电容的电容值。一方面,能够直接计算变频控制中的电压调制比(控制波电压峰值与直流电压的比),提高变频输出控制的速度和精度。另一方面,由于控制器可以直接测量滤波电容器的容值,使得维护人员可与出厂时的原始值进行比较,若差别较大则可判定该电容器老化失效,为高压逆变装置的运行和维护提供参考,为保障系统的正常运行打下坚实的基础。
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
附图说明
图1是本实用新型的电路原理框图。
图2是本实用新型一个实施例的电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细描述。
图1和图2构成本实用新型的一个实施例。
如图1所示,被检测的滤波电容器与并联电阻构成并联回路1,其上的直流电压为被测量电压Udc,测量电路如下:经过分压电路2采出信号,再经过信号调理和运算电路3形成电压信号,通过压频转换电路4将信号转换为频率信号,再经电平转换和隔离电路5,送串行编码电路6形成串行通信信号,通过光纤和接口电路7(包括光纤发送接口和控制器的光纤接收接口),串行通信信号在控制器的串行译码和计数电路8中得到频率信号的周期,送CPU处理电路9进行计算,得出信号频率,推算出直流电容器上的电压Udc。
如图2所示,电解电容器C1和C2及RC1和RC2并联构成均压电阻为回路1;精密电阻R1和R2构成分压回路2;经过信号调理和运算电路3,运放Uamp的电压跟随输出信号Vin、电压基准芯片Uref输出的Vref经运放运算电路得Vs;输入压频转换芯片Uvf及其附属电路构成的压频转换电路4,输出方波的频率与输入电压成线性关系,选择压频转换芯片附属的电阻电容回路参数,使其压频转换关系为线性关系F=K*Vs;压频转换后得到的频率信号驱动由光电隔离芯片Oc构成的电平转换和隔离电路5,将信号转换为弱电回路的数字信号Fvdc;接入主要由Ucpld1形成的串行编码电路6,将Fs的逻辑电平编码成串行信号的一位,形成串行通信信号;发送所述串行信号到光纤及接口电路7的光纤发送接口OPTO_TX,经过光纤FIBRE_OPTIC到控制器的光纤接收接口OPTO_RX;由译码计数芯片Ucpld2构成的串行译码和计数电路8得到串行通讯信号的周期计数N;将N送到CPU处理电路9进行计算,由CPU处理电路9根据直流电压Udc与计数N之间的关系,求出电容器上的直流电压Udc。
在控制器测得电容器上直流电压后,那么可以在功率单元停止输出时记录滤波电容器通过均压电阻放电的时间来推算其容值,原理如下:根据电容在RC串联回路放电时电容电压的变化公式:Uc=Uo*e-t/T,(T=RC,为回路的时间常数),在检测到任一时刻t1的电压U1,在t2时刻Uc电压降为U2,则T=(t2-t1)/(1nU1-1nU2)。估算电容器的电容量C=T/R。更简单的方法还可将测试到的T与出厂时记录的原始的T值相比较,如果差别很大(如小于原出厂值的80%),则可判定该电容器需更换。

Claims (2)

1.一种电压源型高压逆变系统整流滤波电容实时检测器,其特征是:由分压电路(2)、信号调理和运算电路(3)、压频转换电路(4)、电平转换和隔离电路(5)、串行编码电路(6)、光纤及接口电路(7)、串行译码及计数电路(8)和CPU处理电路(9)连接而成;分压电路(2)的输入端并联在被测滤波电容回路(1)的两端、输出端通过信号调理和运算电路(3)连接压频转换电路(4)的输入端,压频转换电路(4)的输出端通过电平转换和隔离电路(5)连接串行编码电路(6)的输入端,串行编码电路(6)的输出端通过光纤及接口电路(7)连接串行译码及计数电路(8)的输入端,串行译码及计数电路(8)的输出端连接CPU处理电路(9)的输入端;由CPU处理电路(9)进行计算,得出信号频率、推算出所测电容器两端的电压Udc。
2.根据权利要求1所述的一种电压源型高压逆变系统整流滤波电容实时检测器,其特征是:分压回路(2)由精密电阻R1和R2或不同容量的两个高压小容量精密电容器连接而成;信号调理和运算电路(3)由运算放大芯片Uamp、电压基准芯片Uref及其外围电阻连接而成;压频转换电路(4)由电压/频率转换芯片Uvf及其外围电阻、电容连接而成,选择压频转换芯片附属的电阻电容回路参数,使其压频转换关系为线性关系F=K*Vs;电平转换和隔离电路(5)由光电隔离芯片0c及其外围电阻构成;串行编码电路(6)由串行编码芯片Ucpld1及其振荡回路构成;光纤及接口电路(7)由光纤发送接口OPTO_TX、光纤FIBRE_OPTIC和光纤接收接口OPTO_RX构成;串行译码和计数电路(8)由译码计数芯片Ucpld2及其外围振荡回路构成;串行译码和计数电路(8)得到串行通讯信号的周期计数N,将N送到CPU处理电路(9),由CPU可根据直流电压Udc与计数N之间的关系,求出电容器上的直流电压Udc。
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