變頻器的接地故障檢測(cè)報(bào)警電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及報(bào)警電路，具體地說(shuō)是一種變頻器的接地故障檢測(cè)報(bào)警電路。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著電力推進(jìn)系統(tǒng)功率等級(jí)的不斷提高，系統(tǒng)可靠性、和可維護(hù)性要求越來(lái)越苛 亥IJ。在諸多電力電子設(shè)備中，變頻器的安全關(guān)系到系統(tǒng)安全的全局。變頻器的直流母線由 大容量的電容組成，如果出現(xiàn)事故，將對(duì)設(shè)備造成不可挽回的損壞。變頻器的P極或N極意 外發(fā)生接地故障時(shí)，相當(dāng)于在P極或N極與地之間接了一個(gè)較小的電阻，此電阻阻值遠(yuǎn)小于 正常情況下對(duì)地接地電阻（十兆歐級(jí)）。這種接地故障可能導(dǎo)致直流電壓下降、二次回路損 壞、主回路斷路等危害。一般地，人們會(huì)設(shè)計(jì)一個(gè)電路通過(guò)檢測(cè)電阻上的電壓變化來(lái)判斷接 地故障的產(chǎn)生。在正常情況下檢測(cè)電阻上沒(méi)有電壓，當(dāng)接地故障發(fā)生時(shí)，會(huì)形成一個(gè)回路， 回路中的電流流過(guò)檢測(cè)電阻產(chǎn)生電壓，通過(guò)檢測(cè)電壓的后續(xù)處理電路來(lái)產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。
[0003] 在現(xiàn)有技術(shù)中，一般的變頻器故障檢測(cè)電路原理圖如圖1所示，分為檢測(cè)電路和 報(bào)警電路，現(xiàn)有技術(shù)中選用MIUlO作為為電流測(cè)量放大器，設(shè)置成將-90mV~90mV電壓放 大到-5V~5V。電路原理如下：正常情況下，P-N之間1500V母線電壓上掛接有兩個(gè)阻值相 同的電阻Rl和R2。由于電阻Rl和R2的阻值相同，因此兩個(gè)電阻上的電壓均為750V，此時(shí) 檢測(cè)電阻Rs兩端沒(méi)有電壓；當(dāng)變頻器P極發(fā)生接地故障時(shí)，相當(dāng)圖1中S閉合，并且相當(dāng)于 在P極與地之間接了 1個(gè)小電阻R3。此時(shí)，接地電阻R3與檢測(cè)電阻Rs串聯(lián)后與Rl并聯(lián)， 再與R2串聯(lián)，電阻Rs上有電流流過(guò)，并且為恒定值。因此通過(guò)檢測(cè)Rs兩端電壓變化就能 檢測(cè)出接地故障。由于圖1中檢測(cè)電路的左右電路的功能是對(duì)稱的，同理可知，當(dāng)N極發(fā)生 接地故障時(shí)，有同樣的過(guò)程，不同之處是，P極發(fā)生接地故障與N極發(fā)生接地故障在檢測(cè)電 阻Rs上的電流相反，導(dǎo)致Rs兩端電壓可能為正或是為負(fù)，所以PLC必須對(duì)窗口電壓進(jìn)行判 斷。圖1中并聯(lián)在檢測(cè)電阻Rs上的二極管可以限制MIUlO輸入端的電壓，使Rs兩端電壓 不會(huì)超過(guò)二極管的正向壓降，起到保護(hù)的作用。檢測(cè)電壓Us經(jīng)過(guò)MIUlO放大后傳遞給PLC， 當(dāng)檢測(cè)電壓超出設(shè)定的電壓范圍后會(huì)進(jìn)行報(bào)警或保護(hù)。
[0004] 在上述技術(shù)方案中，檢測(cè)電路主要是通過(guò)電阻來(lái)承受直流母線電壓，如圖1，當(dāng)發(fā) 生P極對(duì)地短路或者N極對(duì)地短路的極端故障時(shí)，電阻R2或者Rl要承受整個(gè)直流母線電 壓，功耗較大，則對(duì)選用電阻Rl和R2功率指標(biāo)要求較高，往往達(dá)到幾十瓦以上。同時(shí)，對(duì)電 阻的耐壓等級(jí)有較高的要求，而這類電阻體積會(huì)較大，并且MIUlO也不能用于PCB板安裝。 因此，此種檢測(cè)電路方案的缺陷為占體積較大，不適合用于PCB板設(shè)計(jì)場(chǎng)合，另外，成本也 相對(duì)較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的就是要提供一種體積小、集成度高并且成本低的變頻器的接地故障 檢測(cè)報(bào)警電路。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所設(shè)計(jì)的變頻器的接地故障檢測(cè)報(bào)警電路，包括可產(chǎn)生 故障檢測(cè)電壓的故障檢測(cè)電路和可將檢測(cè)電壓轉(zhuǎn)換為報(bào)警信號(hào)的報(bào)警信號(hào)產(chǎn)生電路；其特 殊之處在于：所述故障檢測(cè)電路包括檢測(cè)電阻，所述檢測(cè)電阻一端接地，另一端為故障檢測(cè) 電路的輸出端，分別連接第一電容的一端、第二電容的一端；所述第一電容的另一端分別與 第一限流二極管空的負(fù)極和第二限流二極管的正極相連；所述第一限流二極管的正極通過(guò) 第一電阻與P極相連，所述第二限流極管的負(fù)極通過(guò)第二電阻與P極相連；所述第二電容的 另一端分別與第三限流二極管的負(fù)極和第四限流二極管的正極相連；所述第三限流二極管 的正極通過(guò)第三電阻與N極相連，所述第四限流二極管的負(fù)極通過(guò)第四電阻與N極相連；所 述報(bào)警信號(hào)產(chǎn)生電路的輸入端與故障檢測(cè)電路的輸出端相連。
[0007] 進(jìn)一步地，所述報(bào)警信號(hào)產(chǎn)生電路主要包括二極管單元、比較電路和信號(hào)轉(zhuǎn)換電 路；所述二極管單元與檢測(cè)電阻并聯(lián)，一端與故障檢測(cè)電路的輸出端相連，另一端接地；所 述比較電路的輸入端與二極管單元的一端相連，輸出端與信號(hào)轉(zhuǎn)換電路的輸入端相連；所 述二極管單元用于防止故障檢測(cè)電路異常而對(duì)比較電路和轉(zhuǎn)換電路產(chǎn)生影響；所述比較電 路將檢測(cè)電壓轉(zhuǎn)化為比較信號(hào)傳送給信號(hào)轉(zhuǎn)換電路；所述信號(hào)轉(zhuǎn)換電路將比較信號(hào)轉(zhuǎn)換為 報(bào)警信號(hào)。
[0008] 更進(jìn)一步地，所述第一電阻、第二電阻、第三電阻和第四電阻的阻值相同；所述第 一限流二極管、第二限流二極管、第三限流二極管和第四限流二極管相同。
[0009] 再進(jìn)一步地，所述比較電路包括芯片MC33161、第五電阻、第六電阻、第七電阻和第 八電阻；所述芯片MC33161的1腳分別連接第六電阻的一端和芯片MC33161的7腳，所述第 六電阻的另一端通過(guò)第五電阻與二極管單元的一端相連，同時(shí)又與芯片MC33161的2腳相 連；所述芯片MC33161的3腳通過(guò)第八電阻與二極管單元的一端相連，同時(shí)又通過(guò)第七電阻 接地；所述芯片MC33161的4腳接地；所述芯片MC33161的5腳和6腳同時(shí)連接轉(zhuǎn)換電路的 輸入端，所述芯片的8腳與電源相連。
[0010] 還進(jìn)一步地，所述接轉(zhuǎn)換電路包括芯片SN55451B、第九電阻、第十電阻、第^^一電 阻、第十二電阻、第三二極管、發(fā)光二極管和第三電容；所述芯片SN55451B的7腳與比較電 路的輸出端相連，同時(shí)通過(guò)第九電阻與電源相連；所述芯片SN55451B的4腳接地，所述芯片 SN55451B的6腳通過(guò)第十電阻與電源相連；所述芯片SN55451B的8腳分別連接電源以及 通過(guò)第三電容接地，所述SN55451B的5腳通過(guò)第^^一電阻與電源相連，同時(shí)又分別連接第 三二極管的正極和發(fā)光二極管的負(fù)極，所述第三二極管的負(fù)極與發(fā)光二極管的正極同時(shí)連 接第十二電阻的一端，所述第十二電阻的另一端連接電源。
[0011] 又進(jìn)一步地，所述二極管單元包括第一二級(jí)管組和第二二極管組，在第一二極管 組中有多個(gè)第一二極管在相同的前向方向上串聯(lián)，并且在第二二極管組中有多個(gè)第二二極 管在與第一二極管前向方向相反的前向方向上串聯(lián)，第一二極管組與第二二極管組并聯(lián)使 得指向不同方向。
[0012] 在上述技術(shù)方案中，所述第一二極管有四個(gè)，所述第二二極管有四個(gè)，所述第一二 極管和第二二極管均為1N914ATR二極管。
[0013] 在上述技術(shù)方案中，所述第一電阻、第二電阻、第三電阻和第四電阻的阻值為 220kQ，功率為3W ;所述第一限流二極管、第二限流二極管、第三限流二極管和第四限流二 極管選用峰值反向重復(fù)電壓為1000V的1N4007型二極管；所述檢測(cè)電阻的阻值為I. IkQ。
[0014] 在上述技術(shù)方案中，所述第五電阻的阻值為243kQ，所述第六電阻的阻值為 IOOkQ，所述第七電阻的阻值為IOOkΩ，所述第八電阻（R8)的阻值為56. 2kΩ。
[0015] 在上述技術(shù)方案中，所述第三二極管為1Ν4148二極管。
[0016] 本發(fā)明在通過(guò)檢測(cè)電阻上的檢測(cè)電壓變化來(lái)判斷接地故障的產(chǎn)生，然后將檢測(cè)電 壓經(jīng)過(guò)比較轉(zhuǎn)化為比較信號(hào)，再將比較信號(hào)轉(zhuǎn)換為報(bào)警信號(hào)。改進(jìn)了以大電阻承受直流母 線電壓的傳統(tǒng)接地故障檢測(cè)電路，利用耐壓高的電容來(lái)承受直流母線電壓，能有效地檢測(cè) 接地故障。
[0017] 本發(fā)明的技術(shù)效果體現(xiàn)在：
[0018] (1)體積小。本發(fā)明選用的電阻功率指標(biāo)小，相比與現(xiàn)有技術(shù)中的功率為幾十瓦以 上的電阻，本發(fā)明電阻的功率一般為幾瓦。這使得體積也相應(yīng)減小。
[0019] (2)集成度高。由于所用電阻體積小，方便集成，而且檢測(cè)量無(wú)需放大，無(wú)