CN2884638Y - 高压变频器功率单元缺相检测器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及高压变频器功率单元缺相检测器，它包括：三路电压电流转换电路，用于将输入的三相交流电压转换成三相交流电流；三路整流和隔离电路，用于将输入的三相交流电流信号分别变换成与电流信号电气隔离的三相单向电压信号，其输入分别接所述电压电流转换电路的各相输出；三路脉冲整形电路，用于将三相单向电压信号整形为三相脉冲，其各路输入分别接所述整流和隔离电路的各相输出；一缺相鉴别电路，用于鉴别缺相，其三路输入分别接所述脉冲整形电路的每路输出。具有以下明显优点：电气隔离度高，可免去高压回路的干扰；响应速度快，响应时间为半个周波10mS；电路简单，实现容易。

Description

高压变频器功率单元缺相检测器

技术领域

本实用新型涉及高压变频器功率单元的缺相检测装置，属于开关电源技术领域。

背景技术

在目前单元串联式高压变频技术方案中，每个功率单元相对独立工作，受电后经过整流、滤波、辅助电源启动、接受控制信号等过程，再进入正常变频、输出功率。正常工作过程中，单元控制器需要主动检测各种故障信息，如输入缺相、过压、欠压、器件过流、光纤断路、单元过温等，并及时作出判断和处理并上报主控单元。

在单元控制器检测的各种故障信息中，缺相检测电路由于涉及到高压检测、三相输入无中线、高低压共地、容易与欠压故障误判等问题，而成为单元控制器中的技术难点之一。

常用检测方法之一是采用如图1所示的电路，由工频变压器T1-T3隔离三相电压，三个变压器的原边星接或角接，原边接功率单元的输入电压，每个变压器的次边输出整流，根据整流滤波后的电压大小判断有无缺相。这种方法的优点是电气隔离度高，运行可靠；缺点是需要笨重的工频变压器、电路复杂、响应速度慢等。

常用的检测方法之二是采用专利CN1455263A所述方法，对输入三相电压进行桥式整流、分压、与基准信号进行比较，如分压信号与基准信号相交，则判断缺相，这种方法简单，可靠，但需要提供单独的供电回路，并且需要与三相整流后的高压共地，在单元串联式高压变频器中，功率单元高压回路悬浮，因此实现起来有难度，并且容易受到强电磁干扰。

发明内容

鉴于上述，本实用新型的目的是提供一种响应速度快、电路简单、电气隔离度高的高压变频器功率单元缺相检测器。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种高压变频器功率单元缺相检测器，它包括：

三路电压电流转换电路，用于将输入的三相交流电压转换成三相交流电流；

三路整流和隔离电路，用于将输入的三相交流电流信号分别变换成与电流信号电气隔离的三相单向电压信号，其输入分别接所述电压电流转换电路的各相输出；

三路脉冲整形电路，用于将三相单向电压信号整形为三相脉冲，其各路输入分别接所述整流和隔离电路的各相输出；

一缺相鉴别电路，用于鉴别缺相，其三路输入分别接所述脉冲整形电路的每路输出。

在本实用新型的具体实施方案中：

所述三路电压电流转换电路的每一路均由负载电阻构成，其每一负载电阻的前端接一相交流电；

所述三路整流和隔离电路的每一路由两个光耦组成，该两光耦的原边反向并联后再与每路电压电流转换电路的一个负载电阻的后端连接，该两光耦的次边接成共集极方式；

所述三路脉冲整形电路的每一路均为反相器，每一路整流和隔离电路中两个光耦的输出经一电阻接一路反相器的输入；

所述缺相鉴别电路由三个单稳态触发器和一个三输入或逻辑电路组成，各单稳态触发器的输入端分别接所述一路反相器的输出，三个单稳态触发器的反相输出端分别接所述或逻辑电路的一个输入端。

功率单元的三相输入电压，经三路电压电流转换电路转换成三相交流电流，该交流电流经光耦整流和隔离后，在光耦的集电极上输出与光耦原边电流大小成比例的单向电压信号，这样在反相器的输出就得到一个100HZ的方波信号，在每次单稳态触发器翻转时刻到来之前，反相器输出的100HZ脉冲复位单稳态触发器，重新计时，因此触发器的反相输出端一直维持高电平。

当功率单元输入缺相时，某相负载电阻中没有电流流通，也即光耦原边没有电流流通，在光耦的次边将持续出现高电平信号，反相器输出的100HZ脉冲消失，单稳态触发器得以翻转，输出逻辑低电平，逻辑或电路输出低电平信号，即三相输入电压中任意一相缺相，即可得到一个故障信号。

本实用新型具有以下明显优点：

1.电气隔离度高，可免去高压回路的干扰；

2.响应速度快，响应时间为半个周波10mS；

3.电路简单，实现容易。

附图说明

下面结合附图作进一步说明。

图1为传统缺相检测电路；

图2为本实用新型的组成框图；

图3、4为本实用新型的电路原理图。

具体实施方式

本实用新型是一种高压变频器功率单元缺相检测器，可实现三相无中线场合的缺相检测问题。其电路框图如图2所示，它包括：

三路电压电流转换电路1，用于将输入的三相交流电压转换成三相交流电流；

三路整流和隔离电路2，用于将输入的三相交流电流信号分别变换成与电流信号电气隔离的三相单向电压信号，其输入分别接电压电流转换电路1的各相输出；

三路脉冲整形电路3，用于将三相单向电压信号整形为三相脉冲，其各路输入分别接整流和隔离电路2的各相输出；

一缺相鉴别电路4，用于鉴别缺相，其三路输入分别接脉冲整形电路3的每路输出。

在图3、4所示本实用新型的电路原理图中，

三个负载电阻R1、R2、R3构成三路电压/电流转换电路，每一负载电阻的前端分别接交流电U、V、W中的一相；

光耦U1～U6、电阻R4～R6构成三路整流和光电隔离电路，每一路由两个光耦(U1～U2或U3～U4或、U5～U6)组成，每一路的两光耦的原边反向并联后再与每路电压电流转换电路的负载电阻R1～R3之一的后端连接，每一路的两光耦的次边接成共集极方式，电阻R4～R6为光耦的集电极电阻；

电阻R7～R9、施密特反相器U7～U9构成三路脉冲整形电路，每一路整流和隔离电路中两个光耦的输出经电阻R7～R9之一接反相器U7～U9之一的输入；

缺相鉴别电路由三个单稳态触发器U10～U12和一个三输入或逻辑电路D1～D3组成，电阻R10～R12和电容C1～C3为单稳态触发器U10～U12的时间常数电路外接元件。各单稳态触发器U10～U12的输入端A分别接反相器U7～U9之一的输出，各单稳态触发器的反相输出端分别接或逻辑电路D1～D3的一个输入端。

下面分析该电路的工作过程：

功率单元的三相输入电压U、V、W分别接到由电阻R1、R2、R3构成的星型负载上，把输入三相交流电压转化成大小随输入电压成线形关系的三相交流电流。三组两只原边反向并联的光耦U1～U6，分别接入星型负载的每一相中，在每组输出接成共集电极方式光耦的集电极上，就可以得到与光耦原边电流大小成比例的单向电压信号。由于光耦的原边电流代表了每相负载电阻上的电压，因此光耦的次边电压就代表着整流后的原边三相电压。适当选择光耦原边的负载电阻R1、R2、R3的大小，就可以保证在一个很宽的工作电压范围内，光耦的次边都能得到满足施密特反相器高低电平翻转所需要的电压幅值，这样在施密特反相器的输出就得到一个100HZ的方波信号。在图4中，每相施密特反相器输出的100HZ方波信号接到U10A、U11A、U12A之一可重复触发的单稳态触发器CD4528输入端。单稳态触发器翻转的RC时间常数被设计成稍大于10mS，这样在每次单稳态触发器翻转时刻到来之前，施密特反相器输出的100HZ脉冲会使得单稳态触发器复位，单稳态触发器便重新计时，因此触发器的反相输出端一直维持高电平。

当功率单元输入缺相时，某相负载电阻中没有电流流通，也即对应一路的光耦原边没有电流流通，在光耦的次边集电极将持续出现高电平信号，这样对应相的施密特反相器输出的100HZ方波信号便会消失。一旦100HZ方波信号消失，单稳态触发器RC常数决定的时间到后，单稳态触发器翻转，其反相输出端输出逻辑低电平。该低电平信号经由D1～D3构成的逻辑或电路，输出缺相信号。即任意一相缺相，就可得到一个故障信号。

由以上分析可以看到，采用本实用新型的缺相检测电路，对于三相无中线场合实现缺相检测，具有以下明显优点：

1.电气隔离度高，可免去高压回路的干扰；

2.响应速度快，响应时间仅为半个周波10mS；

3.电路简单，实现容易。

Claims (2)

1.一种高压变频器功率单元缺相检测器，其特征在于它包括：

三路电压电流转换电路，用于将输入的三相交流电压转换成三相交流电流；

三路整流和隔离电路，用于将输入的三相交流电流信号分别变换成与电流信号电气隔离的三相单向电压信号，其输入分别接所述电压电流转换电路的各相输出；

三路脉冲整形电路，用于将三相单向电压信号整形为三相脉冲，其各路输入分别接所述整流和隔离电路的各相输出；

一缺相鉴别电路，用于鉴别缺相，其三路输入分别接所述脉冲整形电路的每路输出。

2.如权利要求1所述的高压变频器功率单元缺相检测器，其特征在于：

所述三路电压电流转换电路的每一路均由负载电阻构成，其每一负载电阻的前端接一相交流电；

所述三路整流和隔离电路的每一路由两个光耦组成，该两光耦的原边反向并联后再与每路电压电流转换电路的一个负载电阻的后端连接，该两光耦的次边接成共集极方式；

所述三路脉冲整形电路的每一路均为反相器，每一路整流和隔离电路中两个光耦的次边经一电阻接一路反相器的输入；

所述缺相鉴别电路由三个单稳态触发器和一个三输入或逻辑电路组成，各单稳态触发器的输入端分别接所述一路反相器的输出，三个单稳态触发器的反相输出端分别接所述或逻辑电路的一个输入端。

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