专利名称：一种变频器的漏电保护装置的制作方法
技术领域：
一种变频器的漏电保护装置技术领域[0001]本实用新型涉及变频器的保护技术领域，具体涉及一种用于矿井下变频器的漏电保护装置。
背景技术：
[0002]现有技术中，引起变频器漏电流及误动作的原因如下[0003](1)、分布电容的漏电及误动作主要是指线路(包括半导体器件)对地的分布电容，如图1所示。在普通电机的绕组和机壳之间存在着较大的分布电容，在电网直接供电的情况下，电源线上只有50Hz的工频电压，但由于频率很低，通过分布电容的漏电流很小。但是当使用变频器驱动电机时，由于变频器输出的是几KHz的高频脉宽调制的电压波形，输出电压是在OV到直流母线电压之间快速跳变的脉动电压，除基波外还存在着大量的谐波， 如图2所示。这些谐波通过分布电容产生对地漏电流，其幅值会增大百倍以上，超过正常的保护限值，从而造成漏电保护的频繁误动作。[0004](2)、EMI滤波器的漏电及误动作在变频器的应用中，通常使用EMI滤波器以防止电源的污染，如图3所示，其中滤波器输入端的Y电容Cy是用于滤除高频共模电流，以降低传导EMI。当电网电压正常时，以基波电压为主，频率为50Hz，Cy电容容值很小，其流过的漏电流也很小。但是如果电网谐波电压的次数较高时，Cy电容容抗与频率成反比，高次谐波电压情况下对于高频漏电流会成倍增加，高次谐波电压幅值达到一定程度时，漏电流也会超标，从而造成误动作。[0005]为了消除上述所述的变频器漏电流及漏电引起的误动作，现有煤矿井下常用变频器漏的电检测主要采用附加直流电源检测的方法，其虽然具有保护全面即对地电容电流补偿、动作值整定简单的特点，但是该检测电路采用传统的模拟电路设计，经过电压采样、滤波等一系列处理后，再通过比较器电路比较，如果发生漏电就翻转，驱动后级执行电路动作进行保护，其漏电保护的原理图如图4所示。然而变频器是一种高频、高脉冲的电气设备， 很容易对检测回路造成电磁干扰，干扰采样电压，从而引起误动作保护，且执行电路的保护没有选择性，往往直接停机保护，严重时引起变频器频繁断电甚至造成设备损坏，影响安全生产与工作效率。发明内容[0006]针对上述技术问题，本实用新型提供一种变频器的漏电保护装置，其采用零序电流互感器对漏电电流进行检测，并通过数据信号处理单元对采样信号进行智能处理，从而解决了线路或三相供电电源漏电带来的电磁干扰而引起的变频器误动作，该漏电保护装置能够准确、及时、可靠的对变频器进行保护。[0007]实现本实用新型的技术方案如下[0008]一种变频器的漏电保护装置，其包括三相供电源、与三相供电源连接的变频器，在三相供电源输出端安装有零序电流互感器，该漏电保护装置包括对零序电流互感器的电流信号进行实时采集的采样单元、对采样单元采集的电流信号进行接收并处理的数据信号处理单元，以及接收数据信号处理单元发出信号的保护执行单元，其保护执行单元与变频器的急停端连接。[0009]所述数据信号处理单元包括第一滤波器、信号提取单元、检测比较单元，第一滤波器滤除采样单元采集到的电流信号中的开关频率信号，信号提取单元获取第一滤波器输出电流信号中的基波信号并将获取的基波信号传送给检测比较单元，检测比较单元将比较的结果传送给保护执行单元。[0010]所述信号提取单元包括信号选取单元、Park变换单元、第二滤波器、Park反变换单元；所述信号选取单元选取经过第一滤波器处理后的电流信号并将选取的电流信号传输给Park变换单元进行Park变换；第二滤波器对Park变换单元输出的电流信号进行滤波， 并将滤波后的电流信号传送给Park反变换单元进行Park反变换，所述Park反变换单元将其反变换的电流信号传输给检测比较单元。信号选取单元选取相位相差1/4基波周期的两组信号，即经过第一滤波器后的电流信号的前1/2至前1/4基波周期的信号，以及前1/4基波周期至当前的信号。[0011]所述第一滤波器为截止频率为1/2变频器开关频率的低通滤波器。[0012]所述第二滤波器为基波频率的低通滤波器。[0013]采用了上述方案，零序电流互感器对电路及三相供电源的漏电情况进行实时监测，而采样单元对零序电流互感器的工作情况进行实时采样，采样单元将采集到的电流信号发送给数据信号处理单元进行智能处理，当经过数据信号处理单元处理后的漏电电流小于漏电保护限值时，说明电路或三相供电源工作正常没有出现漏电状况，数据信号处理单元便会向保护执行单元发送工作正常信号，保护执行单元不会对变频器执行急停命令；而当漏电电流超过漏电保护限值时，说明电路或三相供电源出现漏电状况，数据信号处理单元便会向保护执行单元发送工作异常信号，保护执行单元对变频器执行急停命令，从而达到对变频器的及时保护。本实用新型通过采样单元对零序电流互感器的实时采样来获取电路及三相供电源的工作状况，并通过数据信号处理单元对采样单元采取的信号进行智能处理，从而解决了线路或三相供电源漏电带来的电磁干扰而引起的变频器的误动作，本实用新型检测准确、及时、可靠的对变频器进行保护。
图11为电源通过变频器给电机供电，经过本实用新型智能处理的绝缘正常与损坏时漏电流仿真波形图；[0025]图中，1为三相供电源，2为变频器，3为电机，4为零序电流互感器，5为采样单元， 6为数据信号处理单元，7为保护执行单元，8为第一滤波器，9为信号提取单元，10为检测比较单元，11为信号选取单元，12为Park变换单元，13为第二滤波器，14为Park反变换单兀。
具体实施方式
[0026]
以下结合附图和具体实施例对本实用新型进一步说明。[0027]参见图5、6、7，一种变频器的漏电保护装置，三相供电源1、与三相供电源1连接的变频器2以及电机3，三相供电源1通过变频器2为电机3供电，在三相供电源输出端安装有零序电流互感器4，该漏电保护装置包括对零序电流互感器的电流信号进行实时采集的采样单元5、对采样单元5采集的电流信号进行接收并处理的数据信号处理单元6，以及接收数据信号处理单元6发出信号的保护执行单元7，其保护执行单元与变频器2的急停端连接。[0028]其中，数据信号处理单元包括第一滤波器8、信号提取单元9、检测比较单元10，第一滤波器8滤除采样单元5采集到的电流信号中的开关频率信号，其中，信号提取单元包括信号选取单元ll、Park变换单元12、第二滤波器13、Park反变换单元14 ；信号选取单元选取经过第一滤波器处理后的电流信号并将选取的电流信号传输给Park变换单元进行Park 变换；第二滤波器对Park变换单元输出的电流信号进行滤波，并将滤波后的电流信号传送给Park反变换单元进行Park反变换，Park反变换单元将其反变换的电流信号传输给检测比较单元。上述信号提取单元首先构造与输入信号幅值频率相等，相位延时1/4基频周期的正交相，将此互为正交的信号通过同步旋转变换提取基波信号，将获取的基波信号传送给检测比较单元与预先设定信号数值进行比较，得到线路中三相供电源是否有漏电，并根据其比较情况来控制保护执行单元控制变频器的急停或继续工作，从而对变频器起到保护功能。[0029]其中，第一滤波器为截止频率为1/2变频器开关频率的低通滤波器，第二滤波器为基波频率的低通滤波器。[0030]参见图8、该漏电保护装置的保护方法，其包括以下步骤[0031]步骤一、对变频器零序电流互感器的电流信号进行采样，获取到零序电流互感器的电流信号；[0032]步骤二、将步骤一中获取到的零序电流互感器的电流信号进行滤波处理，滤除该电流信号中的开关频率信号；[0033]步骤三、步骤二滤波处理后的电流信号进行信号提取，获得零序电流互感器的漏电信号；[0034]步骤四、将获取的漏电信号与预先设定的漏电保护限值进行比较，若该漏电信号超过漏电保护限值，则向变频器发送漏电信号，关闭变频器；若漏电信号未超过漏电保护限值，则变频器正常工作。[0035]步骤三中的信号提取为将滤波处理后电流信号波形图中的前1/2至前1/4基波周期的信号作为静止坐标系下α轴的信号，前1/4基波周期至当前的信号作为静止坐标系下β轴的信号；将静止坐标系下α轴和β轴的信号经过Park变换，得到基波同步旋转坐标系下d、q轴信号；再对同步旋转坐标系下d、q轴信号进行滤波，并对滤波后的信号进行 Park反变换，所得信号即为漏电信号。[0036]在步骤四中当漏电信号超过漏电保护限值时，系统便会对漏电信号超过漏电保护限值的时间进行计时，如计时达到设定时间，便向变频器发送漏电信号，关闭变频器；如计时未达到设定时间，则回到步骤一。[0037]图9为电源直接为电机供电时，绝缘正常与损坏时漏电流的仿真波形图，其反映的是当电源直接供电，绝缘正常与损坏时的漏电流仿真波形，可以看出，绝缘正常时，漏电流为0，而绝缘有所损坏时则有一定的漏电流，漏电流的波形标准，仅为基波。[0038]图10为电源通过变频器给电机供电，绝缘正常与损坏时漏电流仿真波形图，其反映的是绝缘正常时，不同的供电方式所引起的漏电流。从图可见，由变频器供电时，系统中存在的大量的漏电流且还有大量的谐波，幅值远远超过限定值，从而造成了漏电保护的误动作。[0039]图11为电源通过变频器给电机供电，经过本实用新型智能处理的绝缘正常与损坏时漏电流仿真波形图，其反映的是经过智能处理前后的电流波形，可见在经过处理之后， 滤除干扰谐波，可以得到可利用的漏电流波形，对此电流进行检测比较，可以准确的进行漏电保护，提高了检测的准确性和保护动作的可靠性。[0040]综合以上所述，采用本方案的变频器漏电保护系统，可以保证检测的准确性和保护动作的可靠性、及时性，通过实验和仿真可以看出本方案对漏电问题的解决有着明显的效果。
权利要求1.一种变频器的漏电保护装置，其包括三相供电源、与三相供电源连接的变频器，在三相供电源输出端安装有零序电流互感器，其特征在于该漏电保护装置包括对零序电流互感器的电流信号进行实时采集的采样单元、对采样单元采集的电流信号进行接收并处理的数据信号处理单元，以及接收数据信号处理单元发出信号的保护执行单元，其保护执行单元与变频器的急停端连接。
2.根据权利要求1所述的一种变频器的漏电保护装置，其特征在于所述数据信号处理单元包括第一滤波器、信号提取单元、检测比较单元，第一滤波器滤除采样单元采集到的电流信号中的开关频率信号，信号提取单元获取第一滤波器输出电流信号中的基波信号并将获取的基波信号传送给检测比较单元，检测比较单元将比较的结果传送给保护执行单兀。
3.根据权利要求2所述的一种变频器的漏电保护装置，其特征在于所述信号提取单元包括信号选取单元、Park变换单元、第二滤波器、Park反变换单元；所述信号选取单元选取经过第一滤波器处理后的电流信号并将选取的电流信号传输给Park变换单元进行Park 变换；第二滤波器对Park变换单元输出的电流信号进行滤波，并将滤波后的电流信号传送给Park反变换单元进行Park反变换，所述Park反变换单元将其反变换的电流信号传输给检测比较单元。
4.根据权利要求2或3所述的一种变频器的漏电保护装置，其特征在于所述第一滤波器为截止频率为1/2变频器开关频率的低通滤波器。
5.根据权利要求3所述的一种变频器的漏电保护装置，其特征在于所述第二滤波器为基波频率的低通滤波器。
专利摘要本实用新型涉及一种用于矿井下变频器的漏电保护装置，其包括三相供电源、与三相供电源连接的变频器，在三相供电源输出端安装有零序电流互感器，该漏电保护装置包括对零序电流互感器的电流信号进行实时采集的采样单元、对采样单元采集的电流信号进行接收并处理的数据信号处理单元，以及接收数据信号处理单元发出信号的保护执行单元，其保护执行单元与变频器的急停端连接。通过采样单元对零序电流互感器的实时采样来获取电路及三相供电源的工作状况，并通过数据信号处理单元对采样单元采取的信号进行智能处理，从而解决了线路或三相供电源漏电带来的电磁干扰而引起的变频器的误动作，本实用新型检测准确、及时、可靠的对变频器进行保护。
文档编号H02H7/10GK202276136SQ201120390810
公开日2012年6月13日 申请日期2011年10月14日 优先权日2011年10月14日
发明者张贞飞, 李刚 申请人:常州联力自动化科技有限公司