專利名稱：交直交電壓型變頻器直流回路的短路檢測器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及交直交電壓型變頻器直流回路的短路或過電流檢測器。
背景技術：
目前市場上的中、低壓變頻器拓撲結構絕大多數為交直交電壓型，普遍采用 IGBT (Insulted Gate Bi-polar Transistor，中文為絕緣柵極型功率管)作為功率器件。 根據變頻器的容量大小，采用IGBT直接并聯或變頻單元組件并聯配置方式。IGBT具有承受過電壓、過電流能力差的特點，一旦工作電流、電壓超過IGBT臨界 安全工作區域，或某個IGBT觸發脈沖異常，均易出現關斷失效現象，導致直流回路P側與N 側的功率器件同時導通而短路。由于交直交電壓型變頻器中的直流回路存在大量的直流電 解電容，巨大的短路電流易導致變頻器內部放電起弧，發生火災與爆炸。特別在由多組功率 器件、功率單元并聯擴容的中、大容量變頻器或由公共整流器集中供電的多組變頻器中，一 旦其中某變頻器發生IGBT關斷失效現象，如果不能迅速進行直流短路檢測與保護，易造成 該變頻器內的并聯功率單元大面積損壞，加劇故障擴大；也易導致同一公共直流母線電壓 急劇下降，影響其它變頻器或整條機組的正常運行。為此，交直交電壓型變頻器需要具備直 流回路過電流與短路保護功能。霍爾CT (Current Transducer,中文為電流傳感器)具有良好線性度、精度高，響 應快的特點，在變頻裝置的直流回路安裝霍爾CT(如圖1中CT0)來進行直流短路檢測與保 護，參見圖1。對于小容量變頻器，由于直流短路電流不大，相應的霍爾CT的體積小，價格也 不高，可以在變頻器中間直流回路串接霍爾CT來進行直流過電流與短路檢測與保護。但對 于中、大容量變頻器，如容量為600KVA的低壓變頻器，額定直流電流=1169A，考慮到逆變 器過載1. 5倍的能力，則霍爾CT的額定規格至少為2000A。一方面，霍爾CT價格不非；另 一方面，變頻器內部的裸銅排要穿過霍爾CT內部，為了保證足夠的絕緣距離，霍爾CT的體 積必然比較大，必然增大了變頻器的體積與價格。目前，在中、大容量低壓變頻器中，絕大多數變頻器廠家一般都不直接檢測直流回 路的電流，而是通過對變頻器的整流側或逆變側的交流電流的檢測來間接計算直流電流的 大小，從而間接進行直流回路的過電流或短路保護。中國專利 CN200710076590. 6、CN01244290. 9、CN94215052. X 等，通過普通 CT 或霍
爾CT直接對三相交流供電電源以及接地回路的電流進行檢測，通過微機進行綜合控制來 確定采用瞬動還是延時切斷保護。中國專利CN200510038027. 0通過對直流固態功率開關 電路的直流電流進行檢測，然后進行過電流或短路保護與控制，它主要是對小容量直流電 流進行直接檢測。中國專利CN200520077086. 4通過由限流電阻與輔助熔斷器組成的電流 分流支路來實現對單相或三相交流主回路的快速短路檢測，一旦輔助熔斷器熔斷，立即對 主回路進行快速保護。它的檢測原理是通過對與主回路并聯的小容量分支回路的過電流進 行檢測，通過輔助熔斷器進行交流電流的過電流或短路保護，而且由于輔助熔斷器動作特 性不穩定，不能準確檢測主回路的交流電流。此外，熔斷器需要幾毫秒的熔斷時間，響應慢，
3一旦熔斷，還需要更換備件。正常情況下，當電機發生接地或短路時，由于變頻器輸出電流增加，通過檢測交流 側的電流來計算出的直流電流也隨著增加，這種保護方式可實現對變頻器的保護。但這種 方式也存在死區，如當逆變器IGBT失效出現上下橋臂直通的短路情況時，由于直流短路電 流并沒有通過交流輸出側，這種檢測方式不能迅速檢測到直流過電流或短路，不能及時快 速地封鎖變頻器的輸出，只能依靠直流回路的快熔進行保護，而快熔熔斷時間是與直流短 路電流的大小及快熔特性等有關，從而造成故障擴大。
實用新型內容本實用新型的目的在于提供一種交直交電壓型變頻器直流回路的短路檢測器，該 變頻器直流回路短路檢測器能間接檢測原變頻器內部的直流過電流或短路，能對原變頻器 的直流濾波回路的濾波效果進行檢驗，為變頻器的主回路設計與狀態維護提供依據，并且 檢測器體積小，安裝方便。本實用新型是這樣實現的一種交直交電壓型變頻器直流回路的短路檢測器，包 括二個薄膜電容、一個小電流霍爾電流傳感器、信號處理與報警電路和電源電路，二個薄膜 電容之間串接一個霍爾電流傳感器構成直流濾波采樣回路，并聯至變頻器的由大電解電容 組成的直流濾波回路上，霍爾電流傳感器輸出接信號處理與報警電路，電源電路提供給信 號處理與報警電路電源。所述直流濾波采樣回路的一端還串接一電阻，在電阻兩端并接有時間繼電器Tl 控制的接觸器K1，時間繼電器Tl接在開關電源輸出端。所述薄膜電容的電容量接近原變頻器電解電容的500分之一。所述信號處理與報警電路包括第一級運放器Al、第二級運放器A2、第三級運放器 A3、比較器A4、電阻和電容，霍爾電流傳感器輸出通過負荷取樣電阻RO后，通過由電阻R1、 電容COl組成的濾波器，再經過第一級運放器Al放大后輸出，經過由第二級運放器A2和第 三級運放器A3組成的絕對值運算之后，再通過比較器A4與由可變電阻Rll組成的直流短 路電流設定值或直流過電流瞬動值比較，比較器A4的輸出信號通過電阻R14、三極管Gl后 輸出兩路，一路經非門輸出去發光二極管D3，另一路輸出驅動繼電器K2，繼電器K2輸出兩 付常開緊停信號，去封鎖變頻器的控制與輸出。本實用新型通過由薄膜電容與一小容量霍爾電流傳感器組成的直流濾波采樣回 路與原變頻器直流濾波回路并聯后來間接檢測。通過對霍爾電流傳感器檢測到的采樣電流 進行放大與濾波處理，并與設置的直流短路電流設定值或直流過電流瞬動值進行比較，一 旦超過設定值，立即向變頻器發出緊急脈沖封鎖或跳閘報警信號。通過采用本實用新型的 技術方案，可以迅速檢測出變頻器是否存在直流短路現象，從而可以迅速向變頻器發出緊 停信號，變頻器立即封鎖控制與IGBT的觸發脈沖，避免了故障地擴大。本實用新型與現有技術相比，其有益效果是1)本變頻器直流回路短路檢測器可以應用于中、大容量的低壓變頻器，能間接檢 測原變頻器內部的直流過電流或短路；通過對直流濾波采樣回路的器件進行特殊選型與絕 緣處理后也可以應用于中壓交-直-交電壓型變頻裝置的直流短路檢測。2)本變頻器直流短路檢測器價格便宜，體積小，安裝方便，有些可以直接安裝在原變頻器內部。3)本變頻器直流回路短路檢測器還可以作為移動設備，可對原變頻器的直流濾波 回路的濾波效果進行檢驗，從而為變頻器的主回路設計與狀態維護提供依據。
圖1為現有的采用霍爾電流傳感器直接檢測直流過電流與短路的變頻器單線圖；圖2為本實用新型采用小容量霍爾電流傳感器檢測直流過電流或短路的變頻器 單線圖；圖3為本實用新型交直交電壓型變頻器直流回路的短路檢測器電氣連接圖。
具體實施方式
以下結合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步說明。參見圖2和圖3，一種交直交電壓型變頻器直流回路的短路檢測器，包括二個薄膜 電容C3、C4、一個小電流霍爾電流傳感器CT3、信號處理與報警電路和電源電路，二個薄膜 電容C3、C4之間串接一個霍爾電流傳感器CT3構成主回路后并接至變頻器的由大電解電容 組成的直流濾波回路上，通過檢測薄膜電容C3、C4的充放電電流來間接計算變頻器直流濾 波回路的大電解電容Cl、C2上的充放電電流，從而間接計算變頻器內部直流電流。霍爾電 流傳感器CT3輸出接信號處理與報警電路，電源電路提供給信號處理與報警電路電源。電源電路通過開關KOl把本實用新型的直流短路檢測器的P、N兩根線與原變頻 器直流回路中的P側、N側相連。開關KOl的輸出經IOA的快熔FUSEl后分兩部分，一路通 過分流電阻R00、R01、R02、R03、R04及1安培的熔斷器FUSE2到開關電源，開關電源輸出正、 負24V，并通過DC/DC變換與濾波后輸出正、負15V的工作電壓。所述主回路的一端還串接一電阻R05，在電阻R05兩端并接有時間繼電器Tl控制 的接觸器K1，時間繼電器Tl接在開關電源輸出端。直流短路檢測器的直流回路先經過電 阻R05給濾波電容C3、C4充電，一旦開關電源輸出正、負24V建立起來，開關電源給時間繼 電器Tl供電，大約1秒后時間繼電器Tl的輔助觸點Kl閉合，使安裝在充電電阻R05兩端 的接觸器Kl閉合，充電電阻R05被旁路，直流短路檢測器的主回路進入正常工作狀態。通 過在濾波電容C3、C4組成的濾波回路中串接一額定電流為IOA的霍爾電流傳感器CT3來檢 測濾波電容C3、C4的電流，從而通過對應的比例關系可以推算出原變頻器直流主濾波回路 的電流。所述的濾波電容C3、C4為薄膜電容，薄膜電容C3、C4的電容量大約為原變頻器電 解電容C1、C2的500分之一，耐壓各為450伏。為了提高檢測精度，可以針對不同容量的變 頻器，對薄膜電容C3、C4的電容量進行切換配置。所述信號處理與報警電路包括第一級運放器Al、第二級運放器A2、第三級運放器 A3、比較器A4、電阻和電容，霍爾電流傳感器CT3輸出通過負荷取樣電阻RO后，通過由R1、 COl組成的濾波器，濾波時間為0. Olms至3. 3ms可調，再經過第一級運放器Al放大，放大倍 數為1至100倍分檔連續可調。針對不同變頻器容量，可選擇不同的運放器Al放大倍數，來 提高檢測的準確性。第一級運放器Al輸出經過由第二級運放器A2和第三級運放器A3組 成的絕對值運算之后，再通過比較器A4與由可變電阻Rl 1組成的直流短路電流設定值或直 流過電流瞬動值比較，該設定值可以由Rll連續可調，比較器A4的輸出信號通過電阻R14、三極管Gl后輸出兩路，一路經非門輸出去發光二極管D3，另一路輸出驅動繼電器K2，繼電 器K2輸出兩付常開緊停信號，去封鎖變頻器的控制與輸出。
權利要求一種交直交電壓型變頻器直流回路的短路檢測器，其特征是所述直流短路檢測器包括二個薄膜電容、一個小電流霍爾電流傳感器、信號處理與報警電路和電源電路，二個薄膜電容之間串接一個霍爾電流傳感器構成直流濾波采樣回路，并聯至變頻器的由大電解電容組成的直流濾波回路上，霍爾電流傳感器輸出接信號處理與報警電路，電源電路提供給信號處理與報警電路電源。
2.根據權利要求1所述的交直交電壓型變頻器直流回路的短路檢測器，其特征是所 述直流濾波采樣回路的一端還串接一電阻，在電阻兩端并接有時間繼電器Tl控制的接觸 器K1，時間繼電器Tl接在開關電源輸出端。
3.根據權利要求1所述的交直交電壓型變頻器直流回路的短路檢測器，其特征是所 述薄膜電容的電容量接近原變頻器電解電容的500分之一。
4.根據權利要求1至3中任一所述的交直交電壓型變頻器直流回路的短路檢測器，其 特征是所述信號處理與報警電路包括第一級運放器Al、第二級運放器A2、第三級運放器 A3、比較器A4、電阻和電容，霍爾電流傳感器輸出通過負荷取樣電阻RO后，通過由電阻Rl、 電容COl組成的濾波器，再經過第一級運放器Al放大后輸出，經過由第二級運放器A2和第 三級運放器A3組成的絕對值運算之后，再通過比較器A4與由可變電阻Rll組成的直流短 路電流設定值或直流過電流瞬動值比較，比較器A4的輸出信號通過電阻R14、三極管Gl后 輸出兩路，一路經非門輸出去發光二極管D3，另一路輸出驅動繼電器K2，繼電器K2輸出兩 付常開緊停信號，去封鎖變頻器的控制與輸出。
專利摘要本實用新型涉及交直交電壓型變頻器直流回路的短路或過電流檢測器。一種交直交電壓型變頻器直流回路的短路檢測器，包括二個薄膜電容、一個小電流霍爾電流傳感器、信號處理與報警電路和電源電路，二個薄膜電容之間串接一個霍爾電流傳感器構成直流濾波采樣回路，并聯至變頻器的由大電解電容組成的直流濾波回路上，霍爾電流傳感器輸出接信號處理與報警電路，電源電路提供給信號處理與報警電路電源。所述薄膜電容的電容量接近原變頻器電解電容的500分之一。本實用新型能間接檢測原變頻器內部的直流過電流或短路，能對原變頻器的直流濾波回路的濾波效果進行檢驗，為變頻器的主回路設計與狀態維護提供依據；并且檢測器體積小，安裝方便。
文檔編號H02H7/12GK201656450SQ20102013197
公開日2010年11月24日 申請日期2010年3月16日 優先權日2010年3月16日
發明者劉珧, 廖國斌, 張 林, 王武君, 王雷, 秦立宇, 高峰, 黃志剛 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司