专利名称：一种基于晶闸管的船用大功率ac-dc变换器的制作方法
技术领域：
本发明涉及工业仪器仪表领域，具体涉及一种保护速度快、形式多样的基于晶闸管的船用大功率AC-DC变换器。
背景技术：
AC-DC变换器工作在大功率环境中，出现故障是不可避免的。我国传统的AC-DC变换器保护装置构成相对比较简单，保护的故障类型只是对过电流、过电压和短路进行保护，采用的保护工具也只是采用快速熔断器、压敏电阻、阻容缓冲器等元件进行保护。传统的保护装置无法对实时的电压电流值进行监测，出现故障时无法查看准确的过电压和过电流值。因此传统的保护装置无法非常准确的对AC-DC变换器进行保护，只能凭经验进行估算。
在中国计量协会冶金分会2008年会论文集《晶闸管整流供电回路保护电路设计》文献中公开了一种对晶闸管整流直流供电系统过压、过流产生的原因进行了简单分析，并设计了应对措施。其构成相对比较简单，对过电流的保护桥内是用快速熔断器对其进行保护，桥外采用电子电路进行保护，即用电流互感器生成电流信号在转换成电压信号在经过电压比较器生成过流触发信号经过触发器控制继电器开关对其进行过流保护。对过压保护采用避雷器、压敏电阻、RC阻容吸收等器件进行保护。其缺点是操作人员无法对实时的电压电流值进行监控，并且无法对缺相进行保护。
发明内容
本发明的目的在于提供一种保护速度更及时、保护种类更多的基于晶闸管的船用大功率AC-DC变换器。本发明的目的是这样实现的一种基于晶闸管的船用大功率AC-DC变换器，AC-DC变换器交流侧每个输出端连接一个电流互感器和一个电压互感器，电流互感器、电压互感器分别与电子保护控制板输入端连接，向电子保护控制板输入信号，电子保护控制板实时监测电路故障，控制保护开关和报警蜂鸣器。电子保护控制板由采样信号处理模块、模数转换模块、CPU模块、液晶显示模块、光电隔离模块、开关量输出模块和报警蜂鸣器组成，传感器采集信号传送至采样信号处理模块，采样信号处理模块将信号按比例转变为满足模数转换模块采样标准的信号并传送给模数转换模块进行模数转换，CPU模块获取模数转换模块传送的信号后进行运算，与电压电流额定值进行比较，将比较结果传送至光电隔离模块，光电隔离模块驱动光耦后输出信号到开关量输入输出模块，由开关量输入输出模块控制继电器开关状来完成过载、过压、过流及缺相的报警及保护。还包括压敏电阻和阻容吸收回路，在AC-DC变换器交流侧每个过电压处星型连接三个压敏电阻，在AC-DC变换器整流桥内的每个晶闸管并联一个阻容吸收回路，在AC-DC变换器的直流侧与负载并联一个压敏电阻。还包括保护开关和快速熔断器，在AC-DC变换器交流侧的每条进线上串联装设一个保护开关和一个快速熔断器，在AC-DC变换器的直流侧负载的正极串联一个快速熔断器。电流互感器和电压互感器并联或串联在AC-DC变换器交流侧输出端。采样信号处理模块由电压跟随器连接运算比较器组成，将输入信号按比例的转变成满足模数转换模块采样标准的信号。开关量输出模块由三极管连接继电器组成，输入信号使三极管导通，由三极管控制继电器开关状态来完成电路的报警及保护。
本发明的有益效果在于与现有技术相比，对短路、过压、过载、过电流、缺相等故障形式进行了更全面的监控，应用电子保护控制板和保护元器件相配合的保护方式，使AC-DC变换器得到更加准确快速的保护。
图I为本发明的一种基于晶闸管的船用大功率AC-DC变换器图；图2为本发明电子保护控制板硬件模块图；图3为电子保护控制板硬件模块图。
具体实施例方式下面结合附图及较佳实施方式对本发明作进一步的说明。实施例一12脉波船用大功率AC-DC变换器的整体设计及保护配置请参阅图I。本发明第一实施例提供一种基于晶闸管的12脉波船用大功率AC-DC变换器。本AC-DC变换器是由12脉波AC-DC变换器、快速熔断器、压敏电阻、阻容缓冲器、传感器(电流电压互感器)、电子保护控制板、保护开关及报警蜂鸣器组成。电子保护控制板是由信号采样处理模块、模数转换模块、CPU模块、光电隔离模块、开关量输出模块、信号显示模块组成的，将能够实现这些模块功能的元器件和芯片焊接在一块电路板上，组成了电子保护控制板。该部分对AC-DC变换器在工作中遇到的短路、过电流、过载、过电压及缺相等故障时起到良好的保护。本实施例中短路保护分为AC-DC变换器交流侧、桥内和直流侧三个方面，在AC-DC变换器交流侧，是在每条进线上串联装设一只快速熔断器(FU)，数量共为6个，并分别装设保护开关；在AC-DC变换器的整流桥内部，只在下桥臂的晶闸管旁分别串联装设一只快速熔断器(FU)，数量共为6个；在AC-DC变换器的直流侧，则是在负载的正极串联装设快速熔断器(FU)，数量为I个。本实施例中，过压保护是采用压敏电阻元件、阻容缓冲器和电子保护控制板相配合的保护方式。一方面，在AC-DC变换器交流侧过电压采用压敏电阻，压敏电阻接线方式有星形接线方式和三角形接线方式，本实例选用星形接线方法，压敏电阻(VDR)数量共为6个。在AC-DC变换器整流桥内的晶闸管分别并联阻容吸收回路，阻容吸收回路(Rl R12，Cl C12)数量为12个。在AC-DC变换器的直流侧装设一只压敏电阻，与负载并联。另一方面，通过电流电压互感器(PT)实时检测变换器的电压电流值并把信号传递给电子保护控制板，如果出现故障则电子保护控制板会按预定的程序启动保护开关和报警蜂鸣器。过载保护、过电流保护和缺相保护是采用电流电压互感器(PT )检测AC-DC变换器的电流电压值并将信号送入电子保护控制板，经过电子保护控制板各模块的处理后信号送入保护开关，如果出现过电流、过载及缺相故障，则电子保护控制板会按预定程序启动保护开关和报警蜂鸣器。实施例二6脉波船用大功率AC-DC变换器的整体设计及保护配置请参阅图2。本发明第二实施例提供一种基于晶闸管的6脉波船用大功率AC-DC变换器。其保护方法和12脉波大功率AC-DC变换器的保护方法相同。
本实施例中短路保护分为AC-DC变换器交流侧、桥内和直流侧三个方面，在AC-DC变换器交流侧，是在每条进线上串联装设一只快速熔断器(FU)，数量共为3个，并分别装设保护开关；在AC-DC变换器的整流桥内部，只在下桥臂的晶闸管旁分别串联装设一只快速熔断器(FU)，数量共为3个；在AC-DC变换器的直流侧，则是在负载的正极串联装设快速熔断器(FU)，数量为I个。本实施例中，过压保护是采用压敏电阻元件、阻容缓冲器和电子保护控制板相配合的保护方式。一方面，在AC-DC变换器交流侧过电压采用压敏电阻星型接线方式，压敏电阻(VDR)数量共为3个。；在八(-0(变换器整流桥内的晶闸管分别并联阻容吸收回路，阻容吸收回路(Rl R6，Cl C6)数量为6个。在AC-DC变换器的直流侧装设一只压敏电阻，与负载并联。另一方面，通过电流电压互感器(PT)实时检测变换器的电压电流值并把信号传递给电子保护控制板，如果出现故障则电子保护控制板会按预定的程序启动保护开关和报警蜂鸣器。过载保护、过电流保护和缺相保护是采用电流电压互感器(PT )检测AC-DC变换器的电流电压值并将信号送入电子保护控制板，经过电子保护控制板各模块的处理后信号送入保护开关，如果出现过电流、过载及缺相故障，则电子保护控制板会按预定程序启动保护开关和报警蜂鸣器。电子保护控制板硬件模块图请参阅图3。船用大功率AC-DC变换器的电子保护控制板是由信号采样处理模块、模数转换模块、CPU模块、光电隔离模块、开关量输出模块、信号显示模块等部分组成的，并将各部分做在相应的印刷电路板上，板上对外联系的引线通过插头引出。首先是电流电压互感器采集信号经过采样信号处理模块进行处理，采样信号处理模块包含模块I和模块2，模块I作为电压跟随器，模块2作为运算比较器，其目的是把输入信号按一定比例的变成满足模数转换模块采样标准的信号。接着将信号送入模数转换模块中进行模数转换，在送入CPU模块中进行运算并与电压电流额定值进行比较，同时把电压电流值在送入通信显示模块显示出来。输入信号经过运算比较后将它的输出信号送入光电隔离模块，光电隔离模块由光I禹驱动和光I禹组成，驱动光I禹后光I禹会输出一个信号到开关量输入输出模块，开关量输出模块由三极管和继电器组成，信号使三极管导通，三极管控制继电器开关状来完成过载、过压、过流及缺相的报警及保护。电子保护控制板上的芯片选取可以有很多种，只要能实现相应模块功能的芯片都可以。例如，CPU模块可以选择很多种芯片，比如单片机(MCU)系列、DSP系列、ARM系列、FPGA系列等都可以。本CPU模块选用TMS320F2812 DSP芯片，由它作为电路的核心控制器 和数字信号处理器，以完成电路的保护和监控功能。
权利要求
1.一种基于晶闸管的船用大功率AC-DC变换器，其特征在于=AC-DC变换器交流侧每个输出端连接一个电流互感器和一个电压互感器，电流互感器、电压互感器分别与电子保护控制板输入端连接，向电子保护控制板输入信号，电子保护控制板实时监测电路故障，控制保护开关和报警蜂鸣器。
2.根据权利要求I所述的一种基于晶闸管的船用大功率AC-DC变换器，其特征在于所述的电子保护控制板由采样信号处理模块、模数转换模块、CPU模块、液晶显示模块、光电隔离模块、开关量输出模块和报警蜂鸣器组成，传感器采集信号传送至采样信号处理模块，采样信号处理模块将信号按比例转变为满足模数转换模块采样标准的信号并传送给模数转换模块进行模数转换，CPU模块获取模数转换模块传送的信号后进行运算，与电压电流额定值进行比较，将比较结果传送至光电隔离模块，光电隔离模块驱动光耦后输出信号到开关量输入输出模块，由开关量输入输出模块控制继电器开关状来完成过载、过压、过流及缺相的报警及保护。
3.根据权利要求I或2所述的一种基于晶闸管的船用大功率AC-DC变换器，其特征在于还包括压敏电阻和阻容吸收回路，在AC-DC变换器交流侧每个过电压处星型连接三个压敏电阻，在AC-DC变换器整流桥内的每个晶闸管并联一个阻容吸收回路，在AC-DC变换器的直流侧与负载并联一个压敏电阻。
4.根据权利要求3所述的一种基于晶闸管的船用大功率AC-DC变换器，其特征在于还包括保护开关和快速熔断器，在AC-DC变换器交流侧的每条进线上串联装设一个保护开关和一个快速熔断器，在AC-DC变换器的直流侧负载的正极串联一个快速熔断器。
5.根据权利要求4所述的一种基于晶闸管的船用大功率AC-DC变换器，其特征在于所述的电流互感器和电压互感器并联或串联在AC-DC变换器交流侧输出端。
6.根据权利要求5所述的一种基于晶闸管的船用大功率AC-DC变换器，其特征在于所述采样信号处理模块由电压跟随器连接运算比较器组成，将输入信号按比例的转变成满足模数转换模块采样标准的信号。
7.根据权利要求6所述的一种基于晶闸管的船用大功率AC-DC变换器，其特征在于所述开关量输出模块由三极管连接继电器组成，输入信号使三极管导通，由三极管控制继电器开关状态来完成电路的报警及保护。
全文摘要
本发明涉及工业仪器仪表领域，具体涉及一种保护速度快、形式多样的基于晶闸管的船用大功率AC-DC变换器。AC-DC变换器交流侧每个输出端连接一个电流互感器和一个电压互感器，电流互感器、电压互感器分别与电子保护控制板输入端连接，向电子保护控制板输入信号，电子保护控制板实时监测电路故障，控制保护开关和报警蜂鸣器。与现有技术相比，对短路、过压、过载、过电流、缺相等故障形式进行了更全面的监控，应用电子保护控制板和保护元器件相配合的保护方式，使AC-DC变换器得到更加准确快速的保护。
文档编号H02H3/04GK102801140SQ20121018282
公开日2012年11月28日 申请日期2012年6月5日 优先权日2012年6月5日
发明者赵凯岐, 李世岩, 兰海, 张殿华 申请人:哈尔滨工程大学