专利名称：一种实时监测工作温度的逆变电源的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种逆变电源，尤其涉及一种能实时监测工作温度的逆变电源。
背景技术：
随着智能变电站技术的应用和发展，继电保护装置上最重要的硬件组成将是电源。目前电力系统的装置使用的逆变电源由于工作于高压，高温，高功率环境下，其寿命、故障率都是装置中相对薄弱的环节，并且不支持状态监测功能。由于缺乏有效的状态监测，评估寿命时缺乏数据，导致设备的状态检修实现起来困难重重。因此，电源状态监测、寿命评估成为电力继电保护系统亟待解决的问题。逆变电源是利用晶闸管电路把直流电转变成交流电一种工作电源，广泛运用于各类，通讯、工业设备、卫星通信设备、军用车载、医疗救护车、警车、船舶、太阳能及风能发电领域。电源是一种电能转换设备，在转换过程中本身需要消耗掉一些电能，而这些电能则被转化为热量释出，热量导致其工作温度的变化。同时，电源上的功率电子组件是由多种半导体材料组成的。由于电源功率元件工作时的损耗是由其自身发热来散失，所以膨胀系数不同的多种材料相互联系的热循环会引起非常显著的应力，甚至有可能导致瞬间断裂，使元件失效。若功率元件长期工作在异常的温度条件下，会引发将导致断裂的疲劳。另外，快速的冷热变化会暂时的产生半导体温度差，从而会产生热应力与热冲击， 使元件承受热一机械应力，当温差过大时，导致元件的不同材料部分产生应力裂纹。使元件过早失效。这也就要求功率元件应工作在相对稳定的工作温度范围内，减少温度的急剧变化，以消除热应力冲击的影响，保证元件长期可靠的工作。总之，逆变电源工作的稳定性与老化速度是和工作温度息息相关的。温度升高 10°C时，主要功率元件的寿命减少50%。因此监测电源的工作温度，是评估电源寿命的关键参数。对于逆变电源的工作温度进行监测，能够评估其剩余寿命，可以为设备状态检修提供参考数据，符合智能变电站的发展趋势。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种实时监测工作温度的逆变电源，可实时监测电源的工作温度，进而评估其剩余寿命。为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案一种实时监测工作温度的逆变电源，包括逆变电源模块本体，所述逆变电源模块本体上设有温度检测装置，所述温度传感装置的信号输出端依次通过采样保持电路和A/D转换电路与一 CPU控制器的信号输入端连接。所述温度检测装置为PN结温度传感器。所述PN结温度传感器为一个限流电阻与一个测温二极管串接的电路，从二极管两端取出正向电压给采样保持电路的输入端。所述PN结温度传感器为一个限流电阻与一个测温三极管串接的电路，三极管的集电极与基极短接，所述基极与采样保持电路的信号输入端连接。本实用新型在逆变电源模块上增加温度传感器和采样保持电路，对逆变电源的工作温度、输出电压稳定度、负载情况等进行监测，使逆变电源关键部位的工作温度能够被继电保护装置CPU采集、处理，数据可远程至状态监测中心，能早期发现异常的工作状态，对剩余寿命进行估测。从而不用进行现场的人工测试，就可以判断装置是否需要维修或更换部件，从而节省大量的人工成本和时间。采用二极管或三极管作为温度监测器件，稳定、可靠性高，取材方便，性价比高。
图1是本实用新型一种实施例的结构示意图；图2是本实用新型第二种实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本实用新型作进一步介绍。本实施例是在现有逆变电源模块的基础上增加测温和采集回路，即在主电解电容和功率元件附近设置温度传感装置，对电源插件工作温度进行检测，通过建立插件热分布模型，对插件内的关键器件的温度进行估计。测温有很多种方式，有热电偶、电阻温度传感器、PN结温度传感器等，本实施例采用PN结测温。PN结温度传感器是利用晶体二极管或晶体三极管PN结的结电压随温度变化的原理工作的。PN结温度传感器具有较好的线性度，尺寸小，响应快、灵敏度高测温范围为-500C 150°C。如图1所示为本实用新型的结构原理图，由图可知，该逆变电源包括带有逆变电源模块本体，在逆变电源模块本体的主电解电容附近设置温度传感器，温度传感器的信号输出端依次通过采样保持电路和A/D转换电路与一 CPU控制器的信号输入端连接。因二极管的PN结具有负温度特性(PN结的结电压随温度成近似线性变化)，温度每升高1°C，PN的正向压降就降低3mV左右，而对于用LM358以及LM3M或者LM339的运放，只要变化2mV就足够使输出翻转。如图2所示，逆变电源模块本体上具有主电解电容， 具体使用时只要用一个电阻和二极管串接，电阻起到限流的作用，让二极管的正向电流在 0. 5至3mA之间就可以了，从二极管两端取出正向电压给采样保持电路比较器的输入端，这样即可实现电源模块工作温度的测量。同理，三极管也有同样的功效。如图1所示，在逆变电源模块本体上的功率元件附件加装测温三极管，如需多点监测在需要监测的位置分别加装测温三极管即可。用三极管做温度检测探头，可以将集电极与基极短接，用发射结做温度检测，在恒定集电极电流的条件下，基极-发射极之间的电压Ube与温度T呈单值线性关系。在集电极电流恒定的情况下，电压Ube随温度T的升高而降低，故呈现负温度系数。这种传感器测温范围为-50°C至 150°C，有较好的线性度，尺寸小，响应快、灵敏度高、热时间常数小的特点，用途较广。同时， 利用三极管PN结结电压做为温度监测器件，稳定、可靠性高，取材方便，性价比高。每个三极管PN结的基极-发射极之间的电压输出引入对应的采样保持回路，A/D采集后将结果送给CPU处理，测量电压经过换算，得出工作温度，即可实现电源模块工作温度的实时监测。 本实施例温度转换公式T=-66. 042* (Us-Usagnd)+293. 6其中:Us= (Ud-32768) *0· 0003052。Usagnd = (Ud-32768) *0· 0003052。化为通道采样电压，单位为伏。Ud为对应通道的ADC转换结果。图1 图2中的5V、+15V、_15V、24V是电源模块输出的二次电压，采样回路可以采集这些二次电压值送至CPU，对电源模块输出进行实时监测。本实用新型在逆变电源模块上增加温度传感器和采样保持电路，使逆变电源关键部位的工作温度能够被继电保护装置CPU采集、处理，数据可远程至状态监测中心，为设备逆变电源的寿命评估提供数据，从而实现设备的状态检修。这种逆变电源可广泛用于电力系统智能电子设备，其电子设备的电源模块工作温度支持实时监测，为设备状态检修、寿命评估提供关键参数，大大提高电力系统继电保护的工作可靠性。
权利要求1.一种实时监测工作温度的逆变电源，包括逆变电源模块本体，其特征在于所述逆变电源模块本体上设有温度检测装置，所述温度传感装置的信号输出端依次通过采样保持电路和A/D转换电路与一 CPU控制器的信号输入端连接。
2.根据权利要求1所述的实时监测工作温度的逆变电源，其特征在于所述温度检测装置为PN结温度传感器。
3.根据权利要求2所述的实时监测工作温度的逆变电源，其特征在于所述PN结温度传感器为一个限流电阻与一个测温二极管串接的电路，从二极管两端取出正向电压给采样保持电路的输入端。
4.根据权利要求2所述的实时监测工作温度的逆变电源，其特征在于所述PN结温度传感器为一个限流电阻与一个测温三极管串接的电路，三极管的集电极与基极短接，所述基极与采样保持电路的信号输入端连接。
专利摘要本实用新型涉及一种实时监测工作温度的逆变电源，包括逆变电源模块本体，所述逆变电源模块本体上设有温度检测装置，所述温度传感装置的信号输出端依次通过采样保持电路和A/D转换电路与一CPU控制器的信号输入端连接。本实用新型在逆变电源模块上增加温度传感器和采样保持电路，对逆变电源的工作温度、输出电压稳定度、负载情况等进行监测，使逆变电源关键部位的工作温度能够被继电保护装置CPU采集、处理，数据可远程至状态监测中心，能早期发现异常的工作状态，对剩余寿命进行估测，从而不用进行现场的人工测试，就可以判断装置是否需要维修或更换部件，从而节省大量的人工成本和时间。
文档编号H02J13/00GK202004443SQ20112009780
公开日2011年10月5日 申请日期2011年4月6日 优先权日2010年12月28日
发明者包伟, 孙莹莹, 张岩, 张雪松, 李晓朋, 杨涛, 顾峰, 黄晓明 申请人:浙江省电力试验研究院, 许昌许继软件技术有限公司, 许继电气股份有限公司