三相交流电流硬件过流保护装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电力电子领域当中的交流电流采集，更具体地涉及一种基于比较器滞回电路设计的硬件过流保护装置，其能够对电力电子领域中的设备提供更精准、更可靠的硬件保护。
【背景技术】
[0002]随着电力电子技术的发展，如何在设备运行中对设备进行有效、可靠、精确的保护成为越来越重要的问题。对大功率电力电子设备，要求能在故障发生时立刻发出保护措施，而在故障消除之后，能够立刻切换到正常运行状态，同时要求保护范围精准，不会出现在保护阈值附近反复切换的状况。
[0003]电子电力设备，比如风电变流器，设备运行时最主要的安全隐患就是交流电流过流，过流往往会导致设备内的器件工作在额定工作状态之外，导致器件损坏，直接威胁到设备乃至整个风机的安全，严重时还会引起起火等危急情况产生。
[0004]这就要求在设备的控制部分，需要对交流电流进行精确采集，采集后的结果一边送到控制器(DSP)中进行数据分析和处理，参与设备算法运算，另一边需要有硬件故障检测电路，通过硬件电路设定保护阈值，将采集到的值和预算设定的保护阈值相比较后，产生故障信号并根据此信号由硬件电路产生相应的处理动作，快速使过流故障消除并切断对其他电路的影响，从而保护整个设备运行的安全。
[0005]例如，在风电变流器里，控制器采集三相交流电流，需要能够精准地用硬件电路实现过流保护，并且该保护电路要求不能有抖动，不能在保护阈值附近频繁的报出故障。
【实用新型内容】
[0006]本实用新型的目的在于解决上述问题和/或其它问题中的至少一个问题。
[0007]可以通过如下方案来实现本实用新型的上述目的。
[0008]—种三相交流电流硬件过流保护装置，其特征在于，所述保护装置包括:
[0009]用于获得AD采样电压的电流采集调理部分；以及
[0010]用于通过所述AD采样电压与预先设定的阈值进行比较而进行硬件过流保护的硬件保护电路部分，
[0011]所述硬件保护电路部分包括比较器滞回电路。
[0012]优选地，所述比较器滞回电路包括在所述AD采样电压大于所述阈值时输出低电平、在所述AD采样电压小于或等于所述阈值时输出高电平的放大器正反馈电路。
[0013]优选地，所述硬件保护电路部分还包括用于从所述AD采样电压的三路电压中获得最大电压的电压比较电路，
[0014]所述电压比较电路的输出连接到所述比较器滞回电路的输入。
[0015]优选地，所述电流采集调理部分包括:
[0016]用于测量三相交流电流以输出电流信号的电流传感器；
[0017]用于将所述电流传感器输出的电流信号转换成电压信号的采样电路；以及
[0018]用于调整所述采样电路输出的电压信号的电压幅值的调理电路。
[0019]优选地，所述电流采集调理部分还包括:
[0020]用于滤除所述调理电路输出的采样电压的信号上的干扰以生成所述AD采样电压的滤波电路。
[0021]优选地，所述保护装置还包括:
[0022]用于对所述AD采样电压进行采集的AD芯片；以及
[0023]用于接收上述AD芯片的采集信号并进行算法运算的控制器。
[0024]优选地，所述电流传感器输出O至20mA范围内的电流信号，
[0025]所述调理电路输出-1OV至+1V范围内的采样电压。
[0026]本实用新型提供一种基于比较器的滞回电路，用于检测电流过流。总的原则是三个电流传感器监测三相交流电流，传感器生成的0_20mA的电流信号通过采样、调理和滤波电路生成AD能够采集到的电压信号，用于AD采集，同时将采集到的电压信号与比较电路预先设定的阈值相比较，当采样电压信号高于比较阈值时，产生故障信号，并引起其他保护电路的动作。同时，滞回电路的设计，保证了信号在恢复到阈值电压时不会立刻使故障信号消失，而是滞后一段时间，低于采样阈值后才消除故障信号，这样的设计能够避免保护电路在阈值附近频繁抖动动作，导致故障信号频繁切换的问题。
[0027]本实用新型的三相交流电流硬件过流保护装置，充分考虑了电流采样的精确度和保护阈值设定的合理性，同时，加入了滞回电路的设计，避免了故障信号在保护阈值附近频繁被触发，从而使系统稳定性变差的问题，是一种安全、可靠、精准的保护电路设计，为整个设备的安全运行提供了保障。
[0028]本实用新型的产品经过产品功能及性能测试，保护功能明显。
【附图说明】
[0029]图1为根据本实用新型的一个实施方式的三相交流电流硬件过流保护装置的整体系统框架图。
[0030]图2为图1中的三相交流电流采样电路的电路图。
[0031]图3为图1中的三相交流电流保护电路的电路图。
【具体实施方式】
[0032]下面参照图1至图3说明本实用新型的原理及示例性实施方式。
[0033]A.总体设计
[0034]三相交流电流硬件过流保护装置可以分为两大部分来实现，电流采集调理部分和硬件保护电路部分。
[0035]前端的电流采集调理部分可以由图2中的电路来实现的。
[0036]后端的硬件保护电路部分可以由图3中的电路来实现的。
[0037]参见图1，其为根据本实用新型的一个实施方式的三相交流电流硬件过流保护装置的整体系统框图。系统可以由电流传感器1、采样电路2、调理电路3、滤波电路4以及保护电路5组成。
[0038]三相交流电流由电流传感器I进行测量，输出的测量信号为0-20mA的电流信号，电流信号经过采样电路2转换为电压信号，再经过调理电路3调整电压幅值，再经过滤波电路4滤除信号上的干扰，生成AD采样电压信号。该信号可以由AD芯片6采集，被系统控制器(未示出)用于算法、监控等用途。
[0039]AD采样电压信号还会进入到保护电路5，通过与预先设定的阈值电压比较，生成故障信号，用于故障报警、故障处理等。
[0040]B.电流采集调理部分的设计
[0041]图2为图1中的电流采集调理部分的电路图。
[0042]三相交流电流通过电流传感器I测量，测量输出0_20mA的采样电流，电流通过端子输入到采样电路2。采样电流信号通过采样电阻生成电压信号以便后面电路现实。此采样电压信号幅值范围并不是最佳适合AD芯片6采集的范围(AD芯片6的输入电压范围为-10V-+10V)，因此采样电压信号需要经过调理电路3，调理成合适的电压范围。
[0043]电路使用的环境中会有一些干扰信号，干扰信号会影响到采样信号的精确，容易造成算法的偏差，保护电路5的误动作等。因此需要对干扰信号进行处理，采用滤波电路4滤除干扰信号是最为有效的做法。
[0044]经过滤波后的信号就是可以被AD芯片6采集信号，AD芯片6采集后，将信号传送给控制器，参与到控制器的算法运算、监控、数据存储、数据显示等功能中。
[0045]C.过流保护电路设计
[0046]图3是图1中的交流电流过流保护电路的电路图。
[0047]三路交流电流，经过采样、调理和滤波后，生成AD采样电压。三路电压经过电压比较电路(图3的左侧)比较，产生一个最大电压，用这个最大电压进行过流保护。
[0048]最大电压值和比较器预算设定的保护阈值相比较，生成一个故障信号，正常情况下，没有过流时，故障信号为高电平。当过流情况发生，采样电压值高于阈值，故障信号变为低电平。
[0049]保护电路中，加入了比较器滞回电路设计，该电路的基本原理为:滞回电路实质为放大器正反馈电路，当采样电压值大于保护阈值，放大器输出低电平，正反馈电路将输出反馈到输入端，使保护阈值降低，从而使比较结果更加稳定，不至于出现电压上浮一点，立刻故障信号翻转的情况。而在采样电压降低，低到保护阈值附近时，由于正反馈的作用，并不会立刻使故障信号翻转，而是在电压继续下降一定值后，才会使故障信号翻转，这样做的目的，同样是为了防止在阈值附近，故障信号频繁的产生和消失的现象，增强保护电路的稳定性和可靠性，避免误动作给设备造成影响。
[0050]本实施方式的产品经过功能及性能测试，具备高可靠性的保护功能。
[0051]上面参照【附图说明】了本实用新型的优选实施方式，但是，应当理解，上述说明仅是示例性的。本领域的技术人员可以在不脱离本实用新型的精神和范围的前提下，对本实用新型作出各种修改和变型。本实用新型的保护范围由所附的权利要求书限定。
【主权项】
1.一种三相交流电流硬件过流保护装置，其特征在于，所述保护装置包括: 用于获得AD采样电压的电流采集调理部分；以及 用于通过所述AD采样电压与预先设定的阈值进行比较而进行硬件过流保护的硬件保护电路部分， 所述硬件保护电路部分包括比较器滞回电路。2.根据权利要求1所述的三相交流电流硬件过流保护装置，其特征在于， 所述比较器滞回电路包括在所述AD采样电压大于所述阈值时输出低电平、在所述AD采样电压小于或等于所述阈值时输出高电平的放大器正反馈电路。3.根据权利要求1所述的三相交流电流硬件过流保护装置，其特征在于， 所述硬件保护电路部分还包括用于从所述AD采样电压的三路电压中获得最大电压的电压比较电路， 所述电压比较电路的输出连接到所述比较器滞回电路的输入。4.根据权利要求1至3中的任一项所述的三相交流电流硬件过流保护装置，其特征在于， 所述电流采集调理部分包括: 用于测量三相交流电流以输出电流信号的电流传感器； 用于将所述电流传感器输出的电流信号转换成电压信号的采样电路；以及 用于调整所述采样电路输出的电压信号的电压幅值的调理电路。5.根据权利要求4所述的三相交流电流硬件过流保护装置，其特征在于， 所述电流采集调理部分还包括: 用于滤除所述调理电路输出的采样电压的信号上的干扰以生成所述AD采样电压的滤波电路。6.根据权利要求5所述的三相交流电流硬件过流保护装置，其特征在于， 所述保护装置还包括: 用于对所述AD采样电压进行采集的AD芯片；以及 用于接收上述AD芯片的采集信号并进行算法运算的控制器。7.根据权利要求4所述的三相交流电流硬件过流保护装置，其特征在于， 所述电流传感器输出O至20mA范围内的电流信号， 所述调理电路输出-1OV至+1V范围内的采样电压。
【专利摘要】本实用新型涉及一种三相交流电流硬件过流保护装置，其包括：用于获得AD采样电压的电流采集调理部分；以及用于通过所述AD采样电压与预先设定的阈值进行比较而进行硬件过流保护的硬件保护电路部分，所述硬件保护电路部分包括比较器滞回电路。本实用新型的三相交流电流硬件过流保护装置，充分考虑了电流采样的精确度和保护阈值设定的合理性，同时，加入了滞回电路的设计，避免了故障信号在保护阈值附近频繁被触发，从而使系统稳定性变差的问题，是一种安全、可靠、精准的保护电路设计，为整个设备的安全运行提供了保障。
【IPC分类】H02H3/08
【公开号】CN205178466
【申请号】CN201520732669
【发明人】许冰
【申请人】国电龙源电气有限公司
【公开日】2016年4月20日
【申请日】2015年9月21日