一种变流器电容预充电及放电装置的制作方法

本实用新型属于电压测量技术领域，尤其涉及一种变流器电容预充电及放电装置。

背景技术：

随着市场对新能源技术及节能减排技术的需求，变流器作为能源转换的中间环节，其安全性和可靠性显得尤为重要。在变流器使用过程中其中间的直流环节主要存在两个重要隐患：

1、在变流器的中间直流环节中一般设置有高压大容量电解电容用于直流侧的滤波。在变频器启动瞬间由于电解电容还没有建立电压，充电瞬间相当于短路状态，充电电流非常大，易损坏变流器或者炸裂电容，造成设备损坏及安全隐患。

2、在变频器使用结束后，其直流环节的高压大电容仍存储着巨大的电量，若无法及时释放或者加以提示，容易对人员及设备造成伤害。

为此，需要研究一种具有预充电功能、电容放电功能、电容电量显示功能的能对电容电量进行释放并保证人员安全，而且能够显示电容电压进行安全警示的电容预充放电装置刻不容缓。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种变流器电容预充电及放电装置，本实用新型变流器电容预充电及放电装置的能自动将预充电电阻短接，使变流器能够正常工作，在变流器停止工作时，可通过启动放电电阻，能对电容器中的电量进行释放以保证人员安全，并且能够显示电容电压进行安全警示，成本低廉，安全可靠。为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术效果：

根据本发实用新型的一个方面，提供了一种变流器电容预充电及放电装置，包括连接在变流器直流母线两端的预充放电控制器，所述预充放电控制器包括电容器组、电容电压检测单元、电容预充控制单元、电容放电控制单元和电容电压显示单元，所述电容预充控制单元的一端、电容放电控制单元的一端和电容电压显示单元的一端分别与直流母线的正极连接，所述电容电压检测单元的一端和电容预充控制单元的另一端分别与所述电容器组Cn的正极连接，所述电容电压检测单元的另一端、电容预充控制单元的另一端、电容放电控制单元的另一端和电容电压显示单元的另一端分别与电容器组Cn的负极连接。

上述方案进一步优选的，所述电容电压检测单元包括电压采集电路、第一电压放大电路和第二放大电路，所述电容预充控制单元包括第一电压比较电路、电压延时电路和第二电压比较电路，所述电压采集电路的采集输入端分别与所述电容器组Cn的正极和负极连接，该电压采集电路的输出端通过第一电压放大电路和第二放大电路输入端连接，该第二放大电路电的输出端依次通过第一电压比较电路和电压延时电路与所述第二电压比较电路输入端连接，该第二电压比较电路的输出端与所述电容放电控制单元的控制端连接。

上述方案进一步优选的，所述电压采集电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4和第一运算放大器U1，所述第一电压放大电路包括电阻R5、电阻R6、电阻R7和第二运算放大器U2，所述第二放大电路包括电阻R8、电阻R9、电阻R10和第三运算放大器U3，所述电阻R1的一端与所述电容器组Cn的正极连接，所述电阻R2与所述电容器组Cn的负极连接，所述电阻R1的另一端分别与所述电阻R4的一端和第一运算放大器U1的负极连接输入端连接，所述电阻R2的另一端分别与电阻R3的一端和第一运算放大器U1的正极连接输入端连接，该第一运算放大器U1的输出端分别与所述电阻R4的另一端、电阻R5的一端连接，该电阻R5的另一端分别与电阻R6的一端和第二运算放大器U2的负极输入端连接，所述第二运算放大器U2的正极输入端与所述电阻R7的一端连接，所述第二运算放大器U2的输出端分别与电阻R6的另一端和电阻R8的一端连接，所述电阻R8的另一端分别与电阻R9的一端和第三运算放大器U3的负极输入端连接，该第三运算放大器U3的正极输入端与电阻R10的一端连接，所述第三运算放大器U3的输出端分别与所电阻R9的另一端和第一电压比较电路的输入端连接，所述第一电压比较电路的输出端通过电压延时电路与所述第二电压比较电路输入端连接。

上述方案进一步优选的，所述电容放电控制单元包括三极管S1、第一继电器G1、第二继电器K、电阻R19和电阻R20，所述三极管S1的基极与所述第二电压比较电路的输出端连接，该三极管S1的集电极与所述第一继电器G1的线圈串联连接，三极管S1的发射极与地连接，所述电阻R19的一端和第一继电器G1的触点的一端与所述直流母线的正极连接，所述电阻R19的另一端分别与第一继电器G1的触点的另一端、电容器组Cn的正极连接和第二继电器K的触点的一端连接，第二继电器K的触点的另一端与电阻R20的一端连接，该电容器组Cn的负极和电阻R20的另一端与所述直流母线的负极连接。

上述方案进一步优选的，所述电压延时电路采用RC延时电路。

上述方案进一步优选的，所述电容电压显示单元采用电压范围为1000V的直流电压表对电容器组Cn的当前电压值进行显示。

上述方案进一步优选的，所述电容器组Cn由两个以上1000μF的电容器相互串并联组合而成。

综上所述，由于本实用新型采用了上述技术方案，本实用新型具有以下技术效果：

本实用新型的变流器电容预充电及放电装置具备电容放电功能，能够显示电容电压，能够在变流器启动时通过预充电电阻对电容进行预充电，保护变流器设备安全，在变流器启动时能够有效保护变流器和预防电容炸裂；在完成预充电功能后，自动将预充电电阻短接，使变流器能够正常工作，在变流器停止工作时，可通过启动放电电阻，能对电容器中的电量进行释放以保证人员安全，并且能够显示电容电压进行安全警示，成本低廉，安全可靠。因此本实用新型通过放电使电容低于设定值后，自动将预充电电阻接上，为下次变流器启动做准备。

附图说明

图1是本实用新型的一种变流器电容预充电及放电装置的原理图；

图2是本实用新型的一种变流器电容预充电及放电装置的电路图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举出优选实施例，对本实用新型进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本实用新型的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本实用新型的这些方面。

如图1和图2所示，根据本发实用新型的一个方面，提供了一种变流器电容预充电及放电装置，包括连接在变流器直流母线两端的预充放电控制器，所述预充放电控制器包括电容器组、电容电压检测单元、电容预充控制单元、电容放电控制单元和电容电压显示单元，所述电容预充控制单元的一端、电容放电控制单元的一端和电容电压显示单元的一端分别与直流母线的正极连接，所述电容电压检测单元的一端和电容预充控制单元的另一端分别与所述电容器组Cn的正极连接，所述电容电压检测单元的另一端、电容预充控制单元的另一端、电容放电控制单元的另一端和电容电压显示单元的另一端分别与电容器组Cn的负极连接。

在本实用新型中，如图1和图2所示，所述电容电压检测单元包括电压采集电路、第一电压放大电路和第二放大电路，所述电容预充控制单元包括第一电压比较电路、电压延时电路和第二电压比较电路，所述电压采集电路的采集输入端分别与所述电容器组Cn的正极和负极连接，该电压采集电路的输出端通过第一电压放大电路和第二放大电路输入端连接，该第二放大电路电的输出端依次通过第一电压比较电路和电压延时电路与所述第二电压比较电路输入端连接，该第二电压比较电路的输出端与所述电容放电控制单元的控制端连接；在本实用新型中，如图2所示，所述电压采集电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4和第一运算放大器U1，所述第一电压放大电路包括电阻R5、电阻R6、电阻R7和第二运算放大器U2，所述第二放大电路包括电阻R8、电阻R9、电阻R10和第三运算放大器U3，所述电阻R1的一端与所述电容器组Cn的正极连接，所述电阻R2与所述电容器组Cn的负极连接，所述电阻R1的另一端分别与所述电阻R4的一端和第一运算放大器U1的负极连接输入端连接，所述电阻R2的另一端分别与电阻R3的一端和第一运算放大器U1的正极连接输入端连接，该第一运算放大器U1的输出端分别与所述电阻R4的另一端、电阻R5的一端连接，该电阻R5的另一端分别与电阻R6的一端和第二运算放大器U2的负极输入端连接，所述第二运算放大器U2的正极输入端与所述电阻R7的一端连接，所述第二运算放大器U2的输出端分别与电阻R6的另一端和电阻R8的一端连接，所述电阻R8的另一端分别与电阻R9的一端和第三运算放大器U3的负极输入端连接，该第三运算放大器U3的正极输入端与电阻R10的一端连接，所述第三运算放大器U3的输出端分别与所电阻R9的另一端和第一电压比较电路的输入端连接，所述第一电压比较电路的输出端通过电压延时电路与所述第二电压比较电路输入端连接；所述电容放电控制单元包括三极管S1、第一继电器G1、第二继电器K、电阻R19和电阻R20，所述三极管S1的基极与所述第二电压比较电路的输出端连接，该三极管S1的集电极与所述第一继电器G1的线圈串联连接，三极管S1的发射极与地连接，所述电阻R19的一端和第一继电器G1的触点的一端与所述直流母线的正极连接，所述电阻R19的另一端分别与继电器G1的触点的另一端、电容器组Cn的正极连接和第二继电器K的触点的一端连接，第二继电器K的触点的另一端与电阻R20的一端连接，该电容器组Cn的负极和电阻R20的另一端与所述直流母线的负极连接。

如图1和图2所示，在变流器启动前直流母线上电压为0，电容器组Cn两端电压为0，此时电压放电控制单元中的电阻R19的一端与电容器组Cn相连，另一端与直流母线正极相连，当变流器启动后会通过电阻R19向电容器组Cn进行充电，电容电压检测单元中的电阻R1和电阻R2检测到电容器组Cn的电压经平衡变换和两级放大后输出电压Vc，送入电容预充控制单元中的运算放大器U4的正极输入端，输出的电压Vc大于设定电压值Vs时，将触发电容预充控制电单元中的运算放大器U4输出一判定电压，本实用新型的电容电压检测单元由一个差分电路和两个反比例放大电路组成，经第三运算放大器U3比较输出的电压Vc所与所述电压设定值的关系满足：

其中R15、R16分别为电阻R15和电阻R16的阻值大小。

因此，运算放大器U4输出的判断电压经过电阻R17和二极管D1以及通过电阻R18和电容C1组成的RC滤波延时电路，即在接收到电压比较信号后，预充控制电单元的延时电路延时ts秒后，通过控制第一继电器G1使电容器组Cn两端直接连接到直流母线上，延时ts秒后通过闭合第一继电器G1将预充电电阻R19短路进而关闭预充电功能，当变流器停止使用后，可通过电容放电控制单元以电阻R20放电的方式对电容进行放电，在整个装置运行过程中电容电压显示单元始终显示电容两端的电压，在变流器停止工作后，通过控制第二继电器K进行闭合后，从而将放电电阻R20与电容Cn的正负极连接后进行放电，在10s内将电容电压释放到设置值以下，当电容电压采样电路检测到电容电压小于设定值后，重新将预充电电阻R19连接上，在电容器组Cn的两极配置了电压范围为1000V的直流电压表，能够实时显示电容器的当前电压值，提示使用人员注意使用安全，其中，所述电容器组Cn由两个以上1000μF的电容器相互串并联组合而成，从而形成可以耐压达到1000V以上的电容器组。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。