專利名稱：一種變頻器的漏電保護方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及變頻器的保護技術領域，具體涉及一種用于礦井下變頻器的漏電保護方法及裝置。
背景技術：
現有技術中，引起變頻器漏電流及誤動作的原因如下(1)、分布電容的漏電及誤動作主要是指線路(包括半導體器件)對地的分布電容，如圖1所示。在普通電機的繞組和機殼之間存在著較大的分布電容，在電網直接供電的情況下，電源線上只有50Hz的工頻電壓，但由于頻率很低，通過分布電容的漏電流很小。但是當使用變頻器驅動電機時，由于變頻器輸出的是幾KHz的高頻脈寬調制的電壓波形，輸出電壓是在OV到直流母線電壓之間快速跳變的脈動電壓，除基波外還存在著大量的諧波， 如圖2所示。這些諧波通過分布電容產生對地漏電流，其幅值會增大百倍以上，超過正常的保護限值，從而造成漏電保護的頻繁誤動作。(2)、EMI濾波器的漏電及誤動作在變頻器的應用中，通常使用EMI濾波器以防止電源的污染，如圖3所示，其中濾波器輸入端的Y電容Cy是用于濾除高頻共模電流，以降低傳導EMI。當電網電壓正常時，以基波電壓為主，頻率為50Hz，Cy電容容值很小，其流過的漏電流也很小。但是如果電網諧波電壓的次數較高時，Cy電容容抗與頻率成反比，高次諧波電壓情況下對于高頻漏電流會成倍增加，高次諧波電壓幅值達到一定程度時，漏電流也會超標，從而造成誤動作。為了消除上述所述的變頻器漏電流及漏電引起的誤動作，現有煤礦井下常用變頻器漏的電檢測主要采用附加直流電源檢測的方法，其雖然具有保護全面即對地電容電流補償、動作值整定簡單的特點，但是該檢測電路采用傳統的模擬電路設計，經過電壓采樣、濾波等一系列處理后，再通過比較器電路比較，如果發生漏電就翻轉，驅動后級執行電路動作進行保護，其漏電保護的原理圖如圖4所示。然而變頻器是一種高頻、高脈沖的電氣設備， 很容易對檢測回路造成電磁干擾，干擾采樣電壓，從而引起誤動作保護，且執行電路的保護沒有選擇性，往往直接停機保護，嚴重時引起變頻器頻繁斷電甚至造成設備損壞，影響安全生產與工作效率。
發明內容
針對上述技術問題，本發明提供一種變頻器的漏電保護方法及裝置，其采用零序電流互感器對漏電電流進行檢測，并通過數據信號處理單元對采樣信號進行智能處理，從而解決了線路或三相供電電源漏電帶來的電磁干擾而引起的變頻器誤動作，該漏電保護方法及裝置能夠準確、及時、可靠的對變頻器進行保護。實現本發明的技術方案如下一種變頻器的漏電保護方法，該漏電保護方法包括以下步驟步驟一、對變頻器零序電流互感器的電流信號進行采樣，獲取到零序電流互感器的電流信號；步驟二、將步驟一中獲取到的零序電流互感器的電流信號進行濾波處理，濾除該電流信號中的開關頻率信號；步驟三、步驟二濾波處理后的電流信號進行信號提取，獲得零序電流互感器的漏電信號；步驟四、將獲取的漏電信號與預先設定的漏電保護限值進行比較，若該漏電信號超過漏電保護限值，則向變頻器發送漏電信號，關閉變頻器；若漏電信號未超過漏電保護限值，則變頻器正常工作。所述步驟三中的信號提取為將濾波處理后電流信號波形圖中的前1/2至前1/4 基波周期的信號作為靜止坐標系下α軸的信號，前1/4基波周期至當前的信號作為靜止坐標系下β軸的信號；將靜止坐標系下α軸和β軸的信號經過Park變換，得到基波同步旋轉坐標系下d、q軸信號；再對同步旋轉坐標系下d、q軸信號進行濾波，并對濾波后的信號進行Park反變換，所得信號即為漏電信號。在步驟四中當漏電信號超過漏電保護限值時，系統便會對漏電信號超過漏電保護限值的時間進行計時，如計時達到設定時間，便向變頻器發送漏電信號，關閉變頻器；如計時未達到設定時間，則回到步驟一。一種變頻器的漏電保護裝置，其包括三相供電源、與三相供電源連接的變頻器，在三相供電源輸出端安裝有零序電流互感器，該漏電保護裝置包括對零序電流互感器的電流信號進行實時采集的采樣單元、對采樣單元采集的電流信號進行接收并處理的數據信號處理單元，以及接收數據信號處理單元發出信號的保護執行單元，其保護執行單元與變頻器的急停端連接。所述數據信號處理單元包括第一濾波器、信號提取單元、檢測比較單元，第一濾波器濾除采樣單元采集到的電流信號中的開關頻率信號，信號提取單元獲取第一濾波器輸出電流信號中的基波信號并將獲取的基波信號傳送給檢測比較單元，檢測比較單元將比較的結果傳送給保護執行單元。所述信號提取單元包括信號選取單元、Park變換單元、第二濾波器、Park反變換單元；所述信號選取單元選取經過第一濾波器處理后的電流信號并將選取的電流信號傳輸給Park變換單元進行Park變換；第二濾波器對Park變換單元輸出的電流信號進行濾波， 并將濾波后的電流信號傳送給Park反變換單元進行Park反變換，所述Park反變換單元將其反變換的電流信號傳輸給檢測比較單元。信號選取單元選取相位相差1/4基波周期的兩組信號，即經過第一濾波器后的電流信號的前1/2至前1/4基波周期的信號，以及前1/4基波周期至當前的信號。所述第一濾波器為截止頻率為1/2變頻器開關頻率的低通濾波器。所述第二濾波器為基波頻率的低通濾波器。采用了上述方案，零序電流互感器對電路及三相供電源的漏電情況進行實時監測，而采樣單元對零序電流互感器的工作情況進行實時采樣，采樣單元將采集到的電流信號發送給數據信號處理單元進行智能處理，當經過數據信號處理單元處理后的漏電電流小于漏電保護限值時，說明電路或三相供電源工作正常沒有出現漏電狀況，數據信號處理單元便會向保護執行單元發送工作正常信號，保護執行單元不會對變頻器執行急停命令；而當漏電電流超過漏電保護限值時，說明電路或三相供電源出現漏電狀況，數據信號處理單元便會向保護執行單元發送工作異常信號，保護執行單元對變頻器執行急停命令，從而達到對變頻器的及時保護。本發明通過采樣單元對零序電流互感器的實時采樣來獲取電路及三相供電源的工作狀況，并通過數據信號處理單元對采樣單元采取的信號進行智能處理， 從而解決了線路或三相供電源漏電帶來的電磁干擾而引起的變頻器的誤動作，本發明檢測準確、及時、可靠的對變頻器進行保護。
圖1為變頻器線路中的分布電容示意圖2為變頻器輸出電壓示意圖3為變頻器線路中EMI濾波器的應用圖4為現有技術中采用的附加直流電源漏電保護原理圖5為本發明的變頻器漏電保護裝置的原理框圖6為本發明中數據信號處理單元的原理框圖7為本發明中信號提取單元的原理框圖8為本發明中變頻器漏電保護方法的流程圖9為電源直接為電機供電，絕緣正常與損壞時漏電流的仿真波形圖10為電源通過變頻器給電機供電，絕緣正常與損壞時漏電流仿真波形圖11為電源通過變頻器給電機供電，經過本發明智能處理的絕緣正常與損壞時
漏電流仿真波形圖；圖中，1為三相供電源，2為變頻器，3為電機，4為零序電流互感器，5為采樣單元， 6為數據信號處理單元，7為保護執行單元，8為第一濾波器，9為信號提取單元，10為檢測比較單元，11為信號選取單元，12為Park變換單元，13為第二濾波器，14為Park反變換單元。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例對本發明進一步說明。參見圖5、6、7，一種變頻器的漏電保護裝置，三相供電源1、與三相供電源1連接的變頻器2以及電機3，三相供電源1通過變頻器2為電機3供電，在三相供電源輸出端安裝有零序電流互感器4，該漏電保護裝置包括對零序電流互感器的電流信號進行實時采集的采樣單元5、對采樣單元5采集的電流信號進行接收并處理的數據信號處理單元6，以及接收數據信號處理單元6發出信號的保護執行單元7，其保護執行單元與變頻器2的急停端連接。其中，數據信號處理單元包括第一濾波器8、信號提取單元9、檢測比較單元10，第一濾波器8濾除采樣單元5采集到的電流信號中的開關頻率信號，其中，信號提取單元包括信號選取單元ll、Park變換單元12、第二濾波器13、Park反變換單元14 ；信號選取單元選取經過第一濾波器處理后的電流信號并將選取的電流信號傳輸給Park變換單元進行Park 變換；第二濾波器對Park變換單元輸出的電流信號進行濾波，并將濾波后的電流信號傳送給Park反變換單元進行Park反變換，Park反變換單元將其反變換的電流信號傳輸給檢測比較單元。上述信號提取單元首先構造與輸入信號幅值頻率相等，相位延時1/4基頻周期的正交相，將此互為正交的信號通過同步旋轉變換提取基波信號，將獲取的基波信號傳送給檢測比較單元與預先設定信號數值進行比較，得到線路中三相供電源是否有漏電，并根據其比較情況來控制保護執行單元控制變頻器的急停或繼續工作，從而對變頻器起到保護功能。其中，第一濾波器為截止頻率為1/2變頻器開關頻率的低通濾波器，第二濾波器為基波頻率的低通濾波器。參見圖8、一種變頻器的漏電保護方法，該漏電保護方法包括以下步驟步驟一、對變頻器零序電流互感器的電流信號進行采樣，獲取到零序電流互感器的電流信號；步驟二、將步驟一中獲取到的零序電流互感器的電流信號進行濾波處理，濾除該電流信號中的開關頻率信號；步驟三、步驟二濾波處理后的電流信號進行信號提取，獲得零序電流互感器的漏電信號；步驟四、將獲取的漏電信號與預先設定的漏電保護限值進行比較，若該漏電信號超過漏電保護限值，則向變頻器發送漏電信號，關閉變頻器；若漏電信號未超過漏電保護限值，則變頻器正常工作。步驟三中的信號提取為將濾波處理后電流信號波形圖中的前1/2至前1/4基波周期的信號作為靜止坐標系下α軸的信號，前1/4基波周期至當前的信號作為靜止坐標系下β軸的信號；將靜止坐標系下α軸和β軸的信號經過Park變換，得到基波同步旋轉坐標系下d、q軸信號；再對同步旋轉坐標系下d、q軸信號進行濾波，并對濾波后的信號進行 Park反變換，所得信號即為漏電信號。在步驟四中當漏電信號超過漏電保護限值時，系統便會對漏電信號超過漏電保護限值的時間進行計時，如計時達到設定時間，便向變頻器發送漏電信號，關閉變頻器；如計時未達到設定時間，則回到步驟一。圖9為電源直接為電機供電時，絕緣正常與損壞時漏電流的仿真波形圖，其反映的是當電源直接供電，絕緣正常與損壞時的漏電流仿真波形，可以看出，絕緣正常時，漏電流為0，而絕緣有所損壞時則有一定的漏電流，漏電流的波形標準，僅為基波。圖10為電源通過變頻器給電機供電，絕緣正常與損壞時漏電流仿真波形圖，其反映的是絕緣正常時，不同的供電方式所引起的漏電流。從圖可見，由變頻器供電時，系統中存在的大量的漏電流且還有大量的諧波，幅值遠遠超過限定值，從而造成了漏電保護的誤動作。圖11為電源通過變頻器給電機供電，經過本發明智能處理的絕緣正常與損壞時漏電流仿真波形圖，其反映的是經過智能處理前后的電流波形，可見在經過處理之后，濾除干擾諧波，可以得到可利用的漏電流波形，對此電流進行檢測比較，可以準確的進行漏電保護，提高了檢測的準確性和保護動作的可靠性。綜合以上所述，采用本方案的變頻器漏電保護系統，可以保證檢測的準確性和保護動作的可靠性、及時性，通過實驗和仿真可以看出本方案對漏電問題的解決有著明顯的效果。
權利要求
1.一種變頻器的漏電保護方法，其特征在于、該漏電保護方法包括以下步驟 步驟一、對變頻器零序電流互感器的電流信號進行采樣，獲取到零序電流互感器的電流信號；步驟二、將步驟一中獲取到的零序電流互感器的電流信號進行濾波處理，濾除該電流信號中的開關頻率信號；步驟三、步驟二濾波處理后的電流信號進行信號提取，獲得零序電流互感器的漏電信號；步驟四、將獲取的漏電信號與預先設定的漏電保護限值進行比較，若該漏電信號超過漏電保護限值，則向變頻器發送漏電信號，關閉變頻器；若漏電信號未超過漏電保護限值， 則變頻器正常工作。
2.根據權利要求1所述的一種變頻器的漏電保護方法，其特征在于所述步驟三中的信號提取為將濾波處理后電流信號波形圖中的前1/2至前1/4基波周期的信號作為靜止坐標系下 α軸的信號，前1/4基波周期至當前的信號作為靜止坐標系下β軸的信號；將靜止坐標系下α軸和β軸的信號經過Park變換，得到基波同步旋轉坐標系下d、q軸信號；再對同步旋轉坐標系下d、q軸信號進行濾波，并對濾波后的信號進行Park反變換，所得信號即為漏電信號。
3.根據權利要求1所述的一種變頻器的漏電保護方法，其特征在于在步驟四中當漏電信號超過漏電保護限值時，系統便會對漏電信號超過漏電保護限值的時間進行計時，如計時達到設定時間，便向變頻器發送漏電信號，關閉變頻器；如計時未達到設定時間，則回到步驟一。
4.一種變頻器的漏電保護裝置，其包括三相供電源、與三相供電源連接的變頻器，在三相供電源輸出端安裝有零序電流互感器，其特征在于該漏電保護裝置包括對零序電流互感器的電流信號進行實時采集的采樣單元、對采樣單元采集的電流信號進行接收并處理的數據信號處理單元，以及接收數據信號處理單元發出信號的保護執行單元，其保護執行單元與變頻器的急停端連接。
5.根據權利要求4所述的一種變頻器的漏電保護裝置，其特征在于所述數據信號處理單元包括第一濾波器、信號提取單元、檢測比較單元，第一濾波器濾除采樣單元采集到的電流信號中的開關頻率信號，信號提取單元獲取第一濾波器輸出電流信號中的基波信號并將獲取的基波信號傳送給檢測比較單元，檢測比較單元將比較的結果傳送給保護執行單兀。
6.根據權利要求5所述的一種變頻器的漏電保護裝置，其特征在于所述信號提取單元包括信號選取單元、Park變換單元、第二濾波器、Park反變換單元；所述信號選取單元選取經過第一濾波器處理后的電流信號并將選取的電流信號傳輸給Park變換單元進行Park 變換；第二濾波器對Park變換單元輸出的電流信號進行濾波，并將濾波后的電流信號傳送給Park反變換單元進行Park反變換，所述Park反變換單元將其反變換的電流信號傳輸給檢測比較單元。
7.根據權利要求5或6所述的一種變頻器的漏電保護裝置，其特征在于所述第一濾波器為截止頻率為1/2變頻器開關頻率的低通濾波器。
8.根據權利要求6所述的一種變頻器的漏電保護裝置，其特征在于所述第二濾波器為基波頻率的低通濾波器。
全文摘要
本發明涉及一種用于礦井下變頻器的漏電保護方法及裝置，其包括三相供電源、與三相供電源連接的變頻器，在三相供電源輸出端安裝有零序電流互感器，以及對零序電流互感器的電流信號進行實時采集的采樣單元、對采樣單元采集的電流信號進行接收并處理的數據信號處理單元，以及接收數據信號處理單元發出信號的保護執行單元，其保護執行單元與變頻器的急停端連接。本發明通過采樣單元對零序電流互感器的實時采樣來獲取電路及三相供電源的工作狀況，并通過數據信號處理單元對采樣單元采取的信號進行智能處理，從而解決了線路或三相供電源漏電帶來的電磁干擾而引起的變頻器的誤動作，本發明檢測準確、及時、可靠的對變頻器進行保護。
文檔編號H02H3/32GK102368606SQ20111031112
公開日2012年3月7日 申請日期2011年10月14日 優先權日2011年10月14日
發明者張貞飛, 李剛 申請人:常州聯力自動化科技有限公司