一種風(fēng)電機(jī)組變流器的過壓保護(hù)裝置及變流器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種風(fēng)電機(jī)組變流器的過壓保護(hù)裝置，包括用于與變流器母線連接的過壓檢測單元，還包括電源生成單元及故障傳送單元；所述電源生成單元包括隔離電源，用于將變流器電源系統(tǒng)的24V電源進(jìn)行隔離轉(zhuǎn)換并為過壓檢測單元及故障傳送單元提供電源；所述故障傳送單元包括與過壓檢測單元的故障輸出端連接的mos管驅(qū)動的繼電器，所述mos管驅(qū)動的繼電器用于與變流器的控制器連接。本發(fā)明還公開了含有上述過壓保護(hù)裝置的風(fēng)電機(jī)組變流器。本發(fā)明通過設(shè)置隔離電源及mos管驅(qū)動的繼電器，可以有效的防止變流器高壓能量傳導(dǎo)到低壓側(cè)，保障了低壓側(cè)電氣部分的安全。
【專利說明】 —種風(fēng)電機(jī)組變流器的過壓保護(hù)裝置及變流器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及變流器領(lǐng)域，具體地，涉及一種風(fēng)電機(jī)組變流器的過壓保護(hù)裝置及變流器。
【背景技術(shù)】
[0002]風(fēng)力發(fā)電是國家倡導(dǎo)的綠色能源之一，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是將自然界的風(fēng)能轉(zhuǎn)化成電能的裝置，自然界的風(fēng)能推動風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的槳葉實現(xiàn)風(fēng)能的吸收，槳葉帶動發(fā)電機(jī)實現(xiàn)風(fēng)能轉(zhuǎn)化成電能；因國家電網(wǎng)對并網(wǎng)的電能有頻率、相位的規(guī)定，而發(fā)電機(jī)不能將電能達(dá)到直接并網(wǎng)的要求，所以發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)之間必須增加相應(yīng)的電氣設(shè)備，即變流器實現(xiàn)了將發(fā)電機(jī)的能量轉(zhuǎn)化成電網(wǎng)要求的頻率、相位等并可進(jìn)行有功、無功等控制；風(fēng)機(jī)在運行時變流器能夠很好的控制變流器母線電壓范圍，當(dāng)變流器在故障狀態(tài)時可能導(dǎo)致變流器母線電壓升高，當(dāng)母線電壓超過變流器的極限電壓時可能導(dǎo)致變流器發(fā)生損壞，從而造成經(jīng)濟(jì)損失。
[0003]現(xiàn)有變流器的過壓保護(hù)裝置的電路如圖1所示，將變流器的正母線、負(fù)母線、GND連接到過壓保護(hù)板的+600V、GND、-600V接口處，X6-1連接到系統(tǒng)的24V電源端，X6-2連接到變流控制器過壓故障監(jiān)控端，并將當(dāng)正母線電壓升高到700V時，與母線電壓串聯(lián)的D8到D14穩(wěn)壓二極管導(dǎo)通，光耦OKl的發(fā)光二極管導(dǎo)通，光耦的接收端接收到此信號后將在5腳給出高電平信號提供到變流控制器，完成正母線電壓的監(jiān)控，圖1中的R2為限流電阻，防止光耦發(fā)光管過流損壞；同理可以得到負(fù)母線過壓保護(hù)動作流程。
[0004]當(dāng)母線電壓達(dá)到±690V-±700V之間時，與母線相連接的反串聯(lián)穩(wěn)壓二極管導(dǎo)通，通過光耦發(fā)出故障信號到變流控制器，電阻(R1、R2)起到限流與微調(diào)導(dǎo)通電壓的作用。當(dāng)母線電壓達(dá)到±690V-±700V之間時繼續(xù)上升，二極管反向擊穿，每個二極管分擔(dān)的電壓約為100V，母線電壓只有700V分擔(dān)給穩(wěn)壓二極管，多余的電壓將由電阻(Rl、R2)承擔(dān)。當(dāng)電壓繼續(xù)升高時，電阻(R1、R2)因過流燒毀。當(dāng)電壓繼續(xù)升高時，穩(wěn)壓二極管將雪崩擊穿，由穩(wěn)壓二極管分擔(dān)的100V電壓將會被其它二極管分擔(dān)，從而致使其它二極管連續(xù)雪崩擊穿。由于二極管雪崩擊穿后，瞬間產(chǎn)生的電流很大，致使光耦炸裂并將高壓信號傳遞到變流控制器，將控制器擊穿損壞，同時，高壓信號也會傳遞到系統(tǒng)的24V電源端，損壞電源。即現(xiàn)有技術(shù)中的光耦會出現(xiàn)隔離失敗的現(xiàn)象，并不能有效地防止變流器的高壓能量傳遞到低壓電氣部分。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種風(fēng)電機(jī)組變流器的過壓保護(hù)裝置，使其能有效防止變流器高壓能量傳導(dǎo)到低壓側(cè)而造成的低壓電氣部分損壞。
[0006]本發(fā)明的另一個目的在于提供一種含有上述過壓保護(hù)裝置的風(fēng)電機(jī)組變流器，可有效保證變流器的安全。
[0007]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0008]一種風(fēng)電機(jī)組變流器的過壓保護(hù)裝置，包括用于與變流器母線連接的過壓檢測單元，還包括電源生成單元及故障傳送單元；所述電源生成單元包括隔離電源U16，用于將變流器電源系統(tǒng)的24V電源進(jìn)行隔離轉(zhuǎn)換并為過壓檢測單元及故障傳送單元提供電源；所述故障傳送單元包括與過壓檢測單元的故障輸出端連接的mos管Q7驅(qū)動的繼電器K4，所述mos管Q7驅(qū)動的繼電器K4用于與變流器的控制器連接。
[0009]進(jìn)一步地，所述電源生成單元還包括整流二極管D55、磁珠L6、濾波電容C54、C53、TVS管D56、熔斷器F5、濾波電感L5及壓敏電阻RV2，其中:所述整流二極管D55、熔斷器F5及濾波電感L5依次串聯(lián)在變流器電源系統(tǒng)的24V電源正極至隔離電源U16正極輸入端之間，所述磁珠L6連接在接地點至隔離電源U16負(fù)極輸入端之間，所述濾波電容C54、C53、TVS管D56、壓敏電阻RV2并聯(lián)在隔離電源U16的正負(fù)極輸入端之間，所述濾波電感L5、熔斷器F5連接在壓敏電阻RV2及TVS管D56之間；還包括并聯(lián)在隔離電源U16的COMMON端與12V電源正極輸出端之間的電容C49、C50、C51、C52，隔離電源U16的COMMON端接地。
[0010]進(jìn)一步地，所述隔離電源U16的隔離電壓大于1000V。
[0011]進(jìn)一步地，所述過壓檢測單元包括與變流器的正母線依次串聯(lián)的電阻R59、穩(wěn)壓二極管 D58、D59、D60、D61、D62、D63、D64、熔斷器 F6、電阻 R60、光耦 U17 ;還包括 TVS 管 D65 及濾波電容C56，TVS管D65 —端連接在熔斷器F6與電阻R60之間，另一端接地，濾波電容C56并聯(lián)在光耦U17的輸入端，且濾波電容C56 —端接地，光耦U17的故障輸出端連接有開關(guān)二極管D66，再與所述的故障傳送單元連接，光耦U17與隔離電源U16連接；還包括與變流器的負(fù)母線依次串聯(lián)的電阻R62、穩(wěn)壓二極管D69、D70、D71、D72、D73、D74、D75、熔斷器F7、電阻R63、光耦U18，還包括TVS管D67及濾波電容C57，TVS管D67 —端連接在熔斷器F7與電阻R63之間，另一端接地；濾波電容C57并聯(lián)在光耦U18的輸入端，且濾波電容C57 —端接地，光耦U18的故障輸出端連接有開關(guān)二極管D68，再與所述的故障傳送單元連接，光耦U18與隔尚電源U16連接。
[0012]進(jìn)一步地，所述故障傳送單元還包括電阻R58、三極管Q8、電阻R56、電阻R55，其中:電阻R58—端與過壓檢測單元的故障輸出端連接，另一端連接三極管Q8的基極，在三極管Q8的基極與發(fā)射極之間還并聯(lián)有電容C55和電阻R61;三極管Q8的集電極依次與電阻R56、電阻R55及mos管Q7的源極相連,mos管Q7的源極還與電源生成單元連接；mos管Q7的柵極與電阻R56、電阻R55的中間連線連接；mos管Q7的漏極連接繼電器K4的4腳，繼電器K4的I腳連接變流器電源系統(tǒng)的24V正極端，繼電器K4的2腳為故障輸出端，用于與變流器的控制器連接；繼電器K4的2腳還連接有穩(wěn)壓二極管D54，穩(wěn)壓二極管D54及繼電器K4的5腳連接至三極管Q8的發(fā)射極，發(fā)射極接地。
[0013]進(jìn)一步地，所述三極管Q8型號為9014。
[0014]一種風(fēng)電機(jī)組變流器，包括上述的過壓保護(hù)裝置，所述過壓保護(hù)裝置的過壓檢測單元與變流器的母線連接。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0016]本發(fā)明中電源生成單元采用隔離電源設(shè)計，有效地防止了變流器在出現(xiàn)過壓故障時通過電源部分傳導(dǎo)到低壓側(cè)；故障傳送單元將過壓檢測單元檢測的過壓故障通過mos管驅(qū)動的繼電器將過壓信號傳遞給變流器的控制器，通過采用磁隔離技術(shù)，即通過繼電器的控制線圈產(chǎn)生磁場吸引開關(guān)進(jìn)行信號傳導(dǎo)，有效地防止了變流器高壓能量傳導(dǎo)到低壓側(cè)，保障了低壓側(cè)電氣部分的安全。[0017]下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的一種風(fēng)電機(jī)組變流器的過壓保護(hù)裝置電路圖；
[0019]圖2為本發(fā)明的風(fēng)電機(jī)組過壓保護(hù)裝置中的電源生成單元電路圖；
[0020]圖3為本發(fā)明的風(fēng)電機(jī)組過壓保護(hù)裝置中的過壓檢測單元電路圖；
[0021]圖4為本發(fā)明的風(fēng)電機(jī)組過壓保護(hù)裝置中的故障傳送單元電路圖。
【具體實施方式】
[0022]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進(jìn)行說明，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的優(yōu)選實施例僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0023]變流器是風(fēng)力發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)的能量轉(zhuǎn)換設(shè)備，變流器正常工作時母線電壓高于1000V，所以母線電壓監(jiān)控設(shè)備(即過壓保護(hù)裝置)必須采用高壓隔離技術(shù)。
[0024]本發(fā)明提供了一種風(fēng)電機(jī)組變流器的過壓保護(hù)裝置，包括電源生成單元、過壓檢測單元、故障傳送單元，電源生成單元采用隔離電源設(shè)計，防止變流器在出現(xiàn)過壓故障時通過電源部分傳導(dǎo)到低壓側(cè)，用于將變流器電源系統(tǒng)的24V電源進(jìn)行隔離轉(zhuǎn)換并為過壓檢測單元及故障傳送單元提供電源；過壓檢測單元與原設(shè)計類似，即采用串聯(lián)穩(wěn)壓二極管與光耦將過壓故障給定到故障傳送單元；故障傳送單元將過壓檢測單元檢測的過壓故障通過mos管的驅(qū)動繼電器將過壓信號傳遞給變流器的控制器，實現(xiàn)了過壓故障信號的高壓隔離。
[0025]其中，電源生成單元如圖2所示，包括隔離電源U16、整流二極管D55、磁珠L6、濾波電容C54、C53、TVS管D56、熔斷器F5、濾波電感L5及壓敏電阻RV2，其中:整流二極管D55、熔斷器F5及濾波電感L5依次串聯(lián)在變流器電源系統(tǒng)的24V電源正極至隔離電源U16正極輸入端之間，磁珠L6連接在接地點至隔離電源U16負(fù)極輸入端之間，濾波電容C54、C53、TVS管D56、壓敏電阻RV2并聯(lián)在隔離電源U16的正負(fù)極輸入端之間，濾波電感L5、熔斷器F5連接在壓敏電阻RV2及TVS管D56之間；還包括并聯(lián)在隔離電源U16的COMMON端與12V電源正極輸出端之間的電容C49、C50、C51及C52，隔離電源U16的COMMON端接地。
[0026]變流器電源系統(tǒng)的24V電源通過整流二極管D55提供到隔離電源U16，其中整流二極管D55主要的作用是防插錯與隔離，濾波電容C53、C54為電源濾波作用，TVS管D56防止24V電源出現(xiàn)的浪涌電壓，壓敏電阻RV2起到系統(tǒng)二級保護(hù)的作用，通過隔離電源U16產(chǎn)生系統(tǒng)需求的12V電源，隔離電源U16必須使用隔離電壓大于1000V的隔離電源模塊，此處電源電路為過壓保護(hù)裝置的電源設(shè)計核心，它將變流器電源系統(tǒng)的24V電源經(jīng)過隔離電源U16隔離后提供給過壓保護(hù)裝置+12V電壓，供過壓保護(hù)裝置內(nèi)部使用。
[0027]本實施例中，整流二極管D55采用1N4007 ；TVS管D56采用SMBJ30CA/30V ;熔斷器F5采用SMD1812P075TF/33 ;濾波電感L5為330uH ;壓敏電阻RV2采用390KD14。
[0028]過壓檢測單元如圖3所示，包括與變流器的正母線依次串聯(lián)的電阻R59、穩(wěn)壓二極管 D58、D59、D60、D61、D62、D63、D64、熔斷器 F6、電阻 R60、光耦 U17 ;還包括 TVS 管 D65 及濾波電容C56，TVS管D65 —端連接在熔斷器F6與電阻R60之間，另一端接地，濾波電容C56并聯(lián)在光耦U17的輸入端，且濾波電容C56 —端接地，光耦U17的故障輸出端連接有開關(guān)二極管D66，再與故障傳送單元連接，光耦U17與隔離電源U16連接；還包括與變流器的負(fù)母線依次串聯(lián)的電阻R62、穩(wěn)壓二極管D69、D70、D71、D72、D73、D74、D75、熔斷器F7、電阻R63、光耦U18，還包括TVS管D67及濾波電容C57，TVS管D67 —端連接在熔斷器F7與電阻R63之間，另一端接地；濾波電容C57并聯(lián)在光耦U18的輸入端，且濾波電容C57 —端接地，光耦U18的故障輸出端連接有開關(guān)二極管D68，再與故障傳送單元連接，光耦U18與隔離電源U16連接。
[0029]過壓檢測單元通過接線端子P5的11管腳連接到變流器的正母線，P5的7腳連接到變流器地線，P5的3腳連接到變流器負(fù)母線，即將變流器的正負(fù)母線連接到過壓保護(hù)裝置。檢測原理是通過穩(wěn)壓二極管的方向?qū)?qū)動光耦U17、U18實現(xiàn)過壓信號生成，其中電阻R59、R62主要起到限流的作用，TVS管D65、D67主要防止光耦受到浪涌的干擾，起到保護(hù)的作用，當(dāng)此過壓檢測回路的導(dǎo)通電流大于熔斷器F6、F7額定熔斷值時，熔斷器F6、F7迅速熔斷，防止光耦U17、U18擊穿。
[0030]本實施例中，電阻R59、R62采用3K，穩(wěn)壓二極管D58-D64及D69-75采用ZPY100 ;熔斷器 F6、F7 采用 SMD1812P150TF/24 ；電阻 R60、R63 采用 1.5K,光耦 U17、U18 采用 TLP521 ；TVS 管 D65、D67 采用 5.0SMDJ22CA ;開關(guān)二極管 D66、D68 采用 1N4148。
[0031]故障傳送單元如圖4所示，包括mos管Q7、繼電器K4、電阻R58、三極管Q8、電阻R56、電阻R55，其中:電阻R58—端與過壓檢測單元的故障輸出端連接，另一端連接三極管Q8的基極，在三極管Q8的基極與發(fā)射極之間還并聯(lián)有電容C55和電阻R61;三極管Q8的集電極依次與電阻R56、電阻R55及mos管Q7的源極相連，mos管Q7的源極還與電源生成單元連接；mos管Q7的柵極與電阻R56、電阻R55的中間連線連接；mos管Q7的漏極連接繼電器K4的4腳，繼電器K4的I腳連接變流器電源系統(tǒng)的24V正極端，繼電器K4的2腳為故障輸出端，用于與變流器的控制器連接；繼電器K4的2腳還連接有穩(wěn)壓二極管D54，穩(wěn)壓二極管D54及繼電器K4的5腳連接至三極管Q8的發(fā)射極，發(fā)射極接地。
[0032]通過過壓檢測單元給定的過壓信號(圖3中的ERR0R_0UTPUT信號)驅(qū)動三極管Q8后，三極管Q8導(dǎo)通驅(qū)動mos管Q7，mos管Q7驅(qū)動繼電器K4，將繼電器K4的ERROR信號傳送給“變流器的控制器”，完成故障信號的傳遞。本實施例中，三極管Q8型號為9014，mos管Q7采用IRF5305，因9014的驅(qū)動能力有限，所以此設(shè)計中采用mos管Q7驅(qū)動繼電器K4，保證了系統(tǒng)設(shè)計的可靠性，同時通過繼電器K4的隔離作用，完成了高壓側(cè)與低壓側(cè)的隔離，保證了系統(tǒng)的安全，解決了原系統(tǒng)高低壓隔離的問題。
[0033]將上述過壓保護(hù)裝置的過壓檢測單元與風(fēng)電機(jī)組的變流器母線進(jìn)行連接，可形成具有有效過壓保護(hù)功能的變流器，當(dāng)變流器在母線電壓高于一定閥值后，過壓保護(hù)裝置報出母線電壓高故障，變流器得到此信號后做出相應(yīng)保護(hù)動作，可有效保證變流器的安全。
[0034]最后應(yīng)說明的是:以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，盡管參照前述實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，其依然可以對前述實施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種風(fēng)電機(jī)組變流器的過壓保護(hù)裝置，包括用于與變流器母線連接的過壓檢測單元，其特征在于，還包括電源生成單元及故障傳送單元； 所述電源生成單元包括隔離電源U16，用于將變流器電源系統(tǒng)的24V電源進(jìn)行隔離轉(zhuǎn)換并為過壓檢測單元及故障傳送單元提供電源； 所述故障傳送單元包括與過壓檢測單元的故障輸出端連接的mos管Q7驅(qū)動的繼電器K4,所述mos管Q7驅(qū)動的繼電器K4用于與變流器的控制器連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過壓保護(hù)裝置，其特征在于，所述電源生成單元還包括整流二極管D55、磁珠L6、濾波電容C54、C53、TVS管D56、熔斷器F5、濾波電感L5及壓敏電阻RV2，其中:所述整流二極管D55、熔斷器F5及濾波電感L5依次串聯(lián)在變流器電源系統(tǒng)的24V電源正極至隔離電源U16正極輸入端之間，所述磁珠L6連接在接地點至隔離電源U16負(fù)極輸入端之間，所述濾波電容C54、C53、TVS管D56、壓敏電阻RV2并聯(lián)在隔離電源U16的正負(fù)極輸入端之間，所述濾波電感L5、熔斷器F5連接在壓敏電阻RV2及TVS管D56之間； 還包括并聯(lián)在隔離電源U16的COMMON端與12V電源正極輸出端之間的電容C49、C50、C51、C52，隔離電源U16的COMMON端接地。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的過壓保護(hù)裝置，其特征在于，所述隔離電源U16的隔離電壓大于 1000Vo
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過壓保護(hù)裝置，其特征在于，所述過壓檢測單元包括與變流器的正母線依次串聯(lián)的電阻R59、穩(wěn)壓二極管D58、D59、D60、D61、D62、D63、D64、熔斷器F6、電阻R60、光耦U17 ;還包括TVS管D65及濾波電容C56，TVS管D65 —端連接在熔斷器F6與電阻R60之間，另一端接地，濾波電容C56并聯(lián)在光耦U17的輸入端，且濾波電容C56 —端接地，光耦U17的故障輸出端連接有開關(guān)二極管D66，再與所述的故障傳送單元連接，光耦U17與隔離電源U16連接；` 還包括與變流器的負(fù)母線依次串聯(lián)的電阻R62、穩(wěn)壓二極管D69、D70、D71、D72、D73、D74、D75、熔斷器F7、電阻R63、光耦U18，還包括TVS管D67及濾波電容C57，TVS管D67 —端連接在熔斷器F7與電阻R63之間，另一端接地；濾波電容C57并聯(lián)在光耦U18的輸入端，且濾波電容C57 —端接地，光耦U18的故障輸出端連接有開關(guān)二極管D68，再與所述的故障傳送單元連接，光耦U18與隔離電源U16連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過壓保護(hù)裝置，其特征在于，所述故障傳送單元還包括電阻R58、三極管Q8、電阻R56、電阻R55，其中: 電阻R58 —端與過壓檢測單元的故障輸出端連接，另一端連接三極管Q8的基極，在三極管Q8的基極與發(fā)射極之間還并聯(lián)有電容C55和電阻R61; 三極管Q8的集電極依次與電阻R56、電阻R55及mos管Q7的源極相連，mos管Q7的源極還與電源生成單元連接；mos管Q7的柵極與電阻R56、電阻R55的中間連線連接； mos管Q7的漏極連接繼電器K4的4腳，繼電器K4的I腳連接變流器電源系統(tǒng)的24V正極端，繼電器K4的2腳為故障輸出端，用于與變流器的控制器連接；繼電器K4的2腳還連接有穩(wěn)壓二極管D54，穩(wěn)壓二極管D54及繼電器K4的5腳連接至三極管Q8的發(fā)射極，發(fā)射極接地。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的過壓保護(hù)裝置，其特征在于，所述三極管Q8型號為9014。
7.一種風(fēng)電機(jī)組變流器，其特征在于，包括權(quán)利要求1-6任一項所述的過壓保護(hù)裝置，所述過壓保護(hù)裝置的過壓檢測單元與變流器的母線連接。
【文檔編號】H02H7/12GK103606898SQ201310646091
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年12月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月4日
【發(fā)明者】賈紅福, 田峰, 岳健 申請人:北京天源科創(chuàng)風(fēng)電技術(shù)有限責(zé)任公司