变频器的接地故障检测报警电路的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及报警电路，具体地说是一种变频器的接地故障检测报警电路。
【背景技术】
[0002] 随着电力推进系统功率等级的不断提高，系统可靠性、和可维护性要求越来越苛 亥IJ。在诸多电力电子设备中，变频器的安全关系到系统安全的全局。变频器的直流母线由 大容量的电容组成，如果出现事故，将对设备造成不可挽回的损坏。变频器的P极或N极意 外发生接地故障时，相当于在P极或N极与地之间接了一个较小的电阻，此电阻阻值远小于 正常情况下对地接地电阻（十兆欧级）。这种接地故障可能导致直流电压下降、二次回路损 坏、主回路断路等危害。一般地，人们会设计一个电路通过检测电阻上的电压变化来判断接 地故障的产生。在正常情况下检测电阻上没有电压，当接地故障发生时，会形成一个回路， 回路中的电流流过检测电阻产生电压，通过检测电压的后续处理电路来产生报警信号。
[0003] 在现有技术中，一般的变频器故障检测电路原理图如图1所示，分为检测电路和 报警电路，现有技术中选用MIUlO作为为电流测量放大器，设置成将-90mV~90mV电压放 大到-5V~5V。电路原理如下：正常情况下，P-N之间1500V母线电压上挂接有两个阻值相 同的电阻Rl和R2。由于电阻Rl和R2的阻值相同，因此两个电阻上的电压均为750V，此时 检测电阻Rs两端没有电压；当变频器P极发生接地故障时，相当图1中S闭合，并且相当于 在P极与地之间接了 1个小电阻R3。此时，接地电阻R3与检测电阻Rs串联后与Rl并联， 再与R2串联，电阻Rs上有电流流过，并且为恒定值。因此通过检测Rs两端电压变化就能 检测出接地故障。由于图1中检测电路的左右电路的功能是对称的，同理可知，当N极发生 接地故障时，有同样的过程，不同之处是，P极发生接地故障与N极发生接地故障在检测电 阻Rs上的电流相反，导致Rs两端电压可能为正或是为负，所以PLC必须对窗口电压进行判 断。图1中并联在检测电阻Rs上的二极管可以限制MIUlO输入端的电压，使Rs两端电压 不会超过二极管的正向压降，起到保护的作用。检测电压Us经过MIUlO放大后传递给PLC， 当检测电压超出设定的电压范围后会进行报警或保护。
[0004] 在上述技术方案中，检测电路主要是通过电阻来承受直流母线电压，如图1，当发 生P极对地短路或者N极对地短路的极端故障时，电阻R2或者Rl要承受整个直流母线电 压，功耗较大，则对选用电阻Rl和R2功率指标要求较高，往往达到几十瓦以上。同时，对电 阻的耐压等级有较高的要求，而这类电阻体积会较大，并且MIUlO也不能用于PCB板安装。 因此，此种检测电路方案的缺陷为占体积较大，不适合用于PCB板设计场合，另外，成本也 相对较高。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的就是要提供一种体积小、集成度高并且成本低的变频器的接地故障 检测报警电路。
[0006] 为实现上述目的，本发明所设计的变频器的接地故障检测报警电路，包括可产生 故障检测电压的故障检测电路和可将检测电压转换为报警信号的报警信号产生电路；其特 殊之处在于：所述故障检测电路包括检测电阻，所述检测电阻一端接地，另一端为故障检测 电路的输出端，分别连接第一电容的一端、第二电容的一端；所述第一电容的另一端分别与 第一限流二极管空的负极和第二限流二极管的正极相连；所述第一限流二极管的正极通过 第一电阻与P极相连，所述第二限流极管的负极通过第二电阻与P极相连；所述第二电容的 另一端分别与第三限流二极管的负极和第四限流二极管的正极相连；所述第三限流二极管 的正极通过第三电阻与N极相连，所述第四限流二极管的负极通过第四电阻与N极相连；所 述报警信号产生电路的输入端与故障检测电路的输出端相连。
[0007] 进一步地，所述报警信号产生电路主要包括二极管单元、比较电路和信号转换电 路；所述二极管单元与检测电阻并联，一端与故障检测电路的输出端相连，另一端接地；所 述比较电路的输入端与二极管单元的一端相连，输出端与信号转换电路的输入端相连；所 述二极管单元用于防止故障检测电路异常而对比较电路和转换电路产生影响；所述比较电 路将检测电压转化为比较信号传送给信号转换电路；所述信号转换电路将比较信号转换为 报警信号。
[0008] 更进一步地，所述第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻的阻值相同；所述第 一限流二极管、第二限流二极管、第三限流二极管和第四限流二极管相同。
[0009] 再进一步地，所述比较电路包括芯片MC33161、第五电阻、第六电阻、第七电阻和第 八电阻；所述芯片MC33161的1脚分别连接第六电阻的一端和芯片MC33161的7脚，所述第 六电阻的另一端通过第五电阻与二极管单元的一端相连，同时又与芯片MC33161的2脚相 连；所述芯片MC33161的3脚通过第八电阻与二极管单元的一端相连，同时又通过第七电阻 接地；所述芯片MC33161的4脚接地；所述芯片MC33161的5脚和6脚同时连接转换电路的 输入端，所述芯片的8脚与电源相连。
[0010] 还进一步地，所述接转换电路包括芯片SN55451B、第九电阻、第十电阻、第^^一电 阻、第十二电阻、第三二极管、发光二极管和第三电容；所述芯片SN55451B的7脚与比较电 路的输出端相连，同时通过第九电阻与电源相连；所述芯片SN55451B的4脚接地，所述芯片 SN55451B的6脚通过第十电阻与电源相连；所述芯片SN55451B的8脚分别连接电源以及 通过第三电容接地，所述SN55451B的5脚通过第^^一电阻与电源相连，同时又分别连接第 三二极管的正极和发光二极管的负极，所述第三二极管的负极与发光二极管的正极同时连 接第十二电阻的一端，所述第十二电阻的另一端连接电源。
[0011] 又进一步地，所述二极管单元包括第一二级管组和第二二极管组，在第一二极管 组中有多个第一二极管在相同的前向方向上串联，并且在第二二极管组中有多个第二二极 管在与第一二极管前向方向相反的前向方向上串联，第一二极管组与第二二极管组并联使 得指向不同方向。
[0012] 在上述技术方案中，所述第一二极管有四个，所述第二二极管有四个，所述第一二 极管和第二二极管均为1N914ATR二极管。
[0013] 在上述技术方案中，所述第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻的阻值为 220kQ，功率为3W ;所述第一限流二极管、第二限流二极管、第三限流二极管和第四限流二 极管选用峰值反向重复电压为1000V的1N4007型二极管；所述检测电阻的阻值为I. IkQ。
[0014] 在上述技术方案中，所述第五电阻的阻值为243kQ，所述第六电阻的阻值为 IOOkQ，所述第七电阻的阻值为IOOkΩ，所述第八电阻（R8)的阻值为56. 2kΩ。
[0015] 在上述技术方案中，所述第三二极管为1Ν4148二极管。
[0016] 本发明在通过检测电阻上的检测电压变化来判断接地故障的产生，然后将检测电 压经过比较转化为比较信号，再将比较信号转换为报警信号。改进了以大电阻承受直流母 线电压的传统接地故障检测电路，利用耐压高的电容来承受直流母线电压，能有效地检测 接地故障。
[0017] 本发明的技术效果体现在：
[0018] (1)体积小。本发明选用的电阻功率指标小，相比与现有技术中的功率为几十瓦以 上的电阻，本发明电阻的功率一般为几瓦。这使得体积也相应减小。
[0019] (2)集成度高。由于所用电阻体积小，方便集成，而且检测量无需放大，无