專(zhuān)利名稱(chēng)：變頻調(diào)速用漏電保護(hù)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種對(duì)正常情況下處于地電位的帶電部件出現(xiàn)的對(duì)地絕緣電阻 變化起直接反應(yīng)的自動(dòng)斷開(kāi)緊急保護(hù)電路裝置，特別涉及一種變頻調(diào)速用漏電保護(hù)器。
背景技術(shù)：
目前，傳統(tǒng)使用的通用型交流變頻器，圍繞功率開(kāi)關(guān)器件，經(jīng)較長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)展和改 進(jìn)，已逐步形成一套較為完備的保護(hù)體系，尤其是對(duì)過(guò)電流以及交流變頻器輸出端的相間 短路，已有很好的保護(hù)措施，它可通過(guò)檢測(cè)功率開(kāi)關(guān)器件的工作電流或相關(guān)電壓來(lái)作出判 斷。常規(guī)的檢測(cè)手段，一是通過(guò)變頻器輸出端的霍爾電流傳感器監(jiān)視輸出電流、了解負(fù)載 的變化情況；二是通過(guò)專(zhuān)門(mén)電路檢測(cè)功率開(kāi)關(guān)器件的集、射極電壓V。E來(lái)監(jiān)測(cè)橋臂短路或負(fù) 載相間短路情況。此種檢測(cè)方法在通用型交流變頻器中已獲得廣泛使用。當(dāng)前最常用的 IGBT的驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部都設(shè)有測(cè)保護(hù)電路。這種保護(hù)方法對(duì)上下橋臂擊穿和輸出相間短 路等故障特別有效，但在遇到交流變頻器輸出對(duì)地漏電或短路等情況時(shí)不是很有效，甚至 對(duì)變頻器還存在潛在的危險(xiǎn)，三是通過(guò)模擬電路進(jìn)行絕緣電阻的檢測(cè)，電路比較復(fù)雜，并且 改變了變頻器內(nèi)部的主電路圖，通用性不強(qiáng)，并且當(dāng)變頻器啟動(dòng)后，無(wú)法檢測(cè)輸出側(cè)的絕緣 電阻。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是為克服上述存在的缺陷，提供一種可以應(yīng)用在380V、660V、 1140V各種電壓等級(jí)的變頻器上的變頻調(diào)速用漏電保護(hù)器，用于檢測(cè)變頻器在變頻器沒(méi)有 啟動(dòng)之前即漏電閉鎖狀態(tài)和變頻器啟動(dòng)之后即漏電保護(hù)狀態(tài)，兩種狀態(tài)輸出側(cè)與電機(jī)之間 的絕緣電阻，并且能夠在絕緣電阻下降到危險(xiǎn)值的時(shí)候發(fā)出保護(hù)信號(hào)，能夠及時(shí)的保護(hù)設(shè) 備不受損壞，防止了電氣操作人員的觸電事故。本實(shí)用新型變頻調(diào)速用漏電保護(hù)器內(nèi)容簡(jiǎn)述本實(shí)用新型變頻調(diào)速用漏電保護(hù)器，其特征在于是由漏電檢測(cè)電路、采樣電阻控 制電路、檢測(cè)信號(hào)處理和數(shù)字處理電路組成；漏電檢測(cè)電路由一個(gè)三相電抗器、兩個(gè)自藕變壓器、三個(gè)限流電阻、兩個(gè)濾波電 容、一個(gè)36V開(kāi)關(guān)電源模塊和采樣電阻控制電路組成，其中三個(gè)限流電阻和三相電抗器的 每相相串聯(lián)連接到變頻器逆變橋的三個(gè)輸出端，另外的三個(gè)端點(diǎn)相連接與第一只自藕變壓 器相連接，第一只自藕變壓器的另一端與第一只電容的一端、第二只自藕變壓器的一端和 36V直流電源的正極相連接，第二只自藕變壓器的另一端與第二只電容的一端相連接，第一 只電容的另一端和第二只電容的另一端與大地和采樣電阻控制電路的一端相連接，采樣電 阻控制電路的另一端和36V直流電源的負(fù)極相連接；采樣電阻控制電路由四個(gè)固態(tài)繼電器、四只限流電阻、四只采樣電阻組成，四個(gè)固 態(tài)繼電器的輸出接點(diǎn)分別與四只采樣電阻相并聯(lián)，四只限流電阻一端分別與四個(gè)固態(tài)繼電 器的控制端二極管的陰極相連接，另一端分別與單片機(jī)PIC18F4580的I/O 口 RE2、RE1、RC5、RC3相連接，四個(gè)固態(tài)繼電器的控制端二極管的陽(yáng)極與控制電路的電源正極相連接；檢測(cè)信號(hào)處理電路由兩個(gè)相互獨(dú)立的模擬放大電路和濾波電路組成，其中一個(gè)模 擬放大電路和濾波電路檢測(cè)漏電閉鎖狀態(tài)，一端接大地，另一端與單片機(jī)PIC18F4580的A/ D轉(zhuǎn)換口 ANO相連接，另一個(gè)模擬放大電路和濾波電路檢測(cè)漏電保護(hù)狀態(tài)，一端接地，另一 端與單片機(jī)PIC18F4580的A/D轉(zhuǎn)換口 ANl相連接，數(shù)字處理電路主要是以微芯的8位單片 機(jī)PIC18F4580為控制核心，對(duì)檢測(cè)信號(hào)電路的信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化處理，控制靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種 狀態(tài)的切換和故障信號(hào)的輸出，控制采樣電阻大小的切換，實(shí)現(xiàn)絕緣電阻的測(cè)量范圍更大， 實(shí)現(xiàn)RS485通訊和CAN總線通訊，實(shí)現(xiàn)人機(jī)接口功能；LED顯示電路模塊與單片機(jī)PIC18F4580的PORTD 口、P0RTB 口和PORTC 口相連接， 保護(hù)閥值設(shè)定與復(fù)位按鍵模塊與PORTB 口、MCLR/VPP引腳相連接，保護(hù)指令執(zhí)行模塊與單 片機(jī)PIC18F4580的PORTB 口相連接，檢測(cè)狀態(tài)轉(zhuǎn)換電路模塊與單片機(jī)PIC18F4580的PORTB 口相連接，CANopen電路模塊的一端與單片機(jī)PIC18F4580的CANRX與CANTX相連接，另一 端與其它的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)相連接，RS485電路模塊與單片機(jī)PIC18F4580的TX和RX相連 接，另一端與其它的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)相連接。本實(shí)用新型變頻調(diào)速用漏電保護(hù)器，構(gòu)思新穎，通用性強(qiáng)，適用于煤礦、冶金、石油 等各種行業(yè)的380V、660V和1140V變頻器輸出側(cè)與電機(jī)之間絕緣電阻的檢測(cè)，在各種復(fù)雜 的工業(yè)環(huán)境中，都可以可靠的檢測(cè)出變頻器在啟動(dòng)之前和啟動(dòng)之后的輸出側(cè)和電機(jī)之間的 絕緣阻值，如果絕緣阻值達(dá)到預(yù)定值一下，會(huì)及時(shí)的發(fā)出故障連鎖信號(hào)，及時(shí)的保護(hù)變頻器 和電機(jī)，并且能夠防止人員發(fā)生觸電事故。本實(shí)用新型還采用固態(tài)繼電器和單片機(jī)對(duì)采樣 電阻的大小進(jìn)行控制，具有檢測(cè)準(zhǔn)確，檢測(cè)范圍大，保護(hù)準(zhǔn)確等特點(diǎn)，可以檢測(cè)15兆歐以上 的絕緣電阻值。本實(shí)用新型通用性強(qiáng)，具有保護(hù)閥值可以改變功能，不同的工況可以根據(jù)實(shí) 際情況設(shè)定不同的保護(hù)閥值。本實(shí)用新型具有數(shù)據(jù)傳輸功能，具有RS485通訊和CANopen 通訊，能夠把檢測(cè)到的數(shù)據(jù)傳輸給其它的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。

圖1是變頻調(diào)速用漏電保護(hù)器的主電路原理圖。圖2是采樣電阻控制電路原理圖。圖3是電路連接框圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型變頻調(diào)速用漏電保護(hù)器是這樣實(shí)現(xiàn)的，
以下結(jié)合附圖做具體說(shuō)明。本 實(shí)用新型變頻調(diào)速用漏電保護(hù)器，是由漏電檢測(cè)電路、采樣電阻控制電路、檢測(cè)信號(hào)處理和 數(shù)字處理電路組成。見(jiàn)圖1，漏電檢測(cè)電路由一個(gè)三相電抗器、兩個(gè)自藕變壓器、三個(gè)限流電阻、兩個(gè) 濾波電容、一個(gè)36V開(kāi)關(guān)電源模塊和采樣電阻控制電路組成，其中三個(gè)限流電阻和三相電 抗器的每相相串聯(lián)連接到變頻器逆變橋的三個(gè)輸出端，另外的三個(gè)端點(diǎn)相連接與第一只自 藕變壓器相連接，第一只自藕變壓器的另一端與第一只電容的一端、第二只自藕變壓器的 一端和36V直流電源的正極相連接，第二只自藕變壓器的另一端與第二只電容的一端相連 接，第一只電容的另一端和第二只電容的另一端與大地和采樣電阻控制電路的一端相連
4接，采樣電阻控制電路的另一端和36V直流電源的負(fù)極相連接。漏電檢測(cè)回路為自附加直 流電源正極，通過(guò)電容、電感濾波、限流電阻、自藕變壓器、變頻器三相輸出經(jīng)大地到采樣電 阻控制電路回到電源負(fù)極。正常工作時(shí)，如果其中一相電路發(fā)生漏電，從采樣電阻上取得的 電壓信號(hào)會(huì)通過(guò)運(yùn)算電路處理后，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)對(duì)變頻器進(jìn)行急停保護(hù)。見(jiàn)圖2，采樣電阻控制電路由四個(gè)固態(tài)繼電器、四只限流電阻、四只采樣電阻組成。 四個(gè)固態(tài)繼電器的輸出接點(diǎn)分別與四只采樣電阻相并聯(lián)，四只限流電阻一端分別與四個(gè)固 態(tài)繼電器的控制端二極管的陰極相連接，另一端分別與單片機(jī)PIC18F4580的I/O 口 RE2、 REU RC5、RC3相連接，四個(gè)固態(tài)繼電器的控制端二極管的陽(yáng)極與控制電路的電源正極相連 接。采樣電阻控制電路中，由于檢測(cè)的絕緣電阻不固定，為了保證檢測(cè)阻值的實(shí)時(shí)性 和準(zhǔn)確性，電路使用了固態(tài)繼電器，通過(guò)單片機(jī)進(jìn)行控制用于切換采樣電阻的大小，使其隨 著檢測(cè)電阻的大小進(jìn)行改變，保證了采樣電壓在正常的檢測(cè)范圍，在一定絕緣程度下確保 絕緣阻值的準(zhǔn)確性。檢測(cè)的絕緣電阻值可達(dá)到15兆歐以上。見(jiàn)圖3，檢測(cè)信號(hào)處理電路由兩個(gè)相互獨(dú)立的模擬放大電路和濾波電路組成， 其中一個(gè)模擬放大電路和濾波電路檢測(cè)漏電閉鎖狀態(tài)，一端接大地，另一端與單片機(jī) PIC18F4580的A/D轉(zhuǎn)換口 ANO相連接，另一個(gè)模擬放大電路和濾波電路檢測(cè)漏電保護(hù)狀態(tài)， 一端接地，另一端與單片機(jī)PIC18F4580的A/D轉(zhuǎn)換口 ANl相連接，數(shù)字處理電路主要是以 微芯的8位單片機(jī)PIC18F4580為控制核心，對(duì)檢測(cè)信號(hào)電路的信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化處理，控制 靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種狀態(tài)的切換和故障信號(hào)的輸出，控制采樣電阻大小的切換，實(shí)現(xiàn)絕緣電阻 的測(cè)量范圍更大，實(shí)現(xiàn)RS485通訊和CAN總線通訊，實(shí)現(xiàn)人機(jī)接口功能；LED顯示電路模塊與單片機(jī)PIC18F4580的PORTD 口、P0RTB 口和PORTC 口相連接， 保護(hù)閥值設(shè)定與復(fù)位按鍵模塊與PORTB 口、MCLR/VPP引腳相連接，保護(hù)指令執(zhí)行模塊與單 片機(jī)PIC18F4580的PORTB 口相連接，檢測(cè)狀態(tài)轉(zhuǎn)換電路模塊與單片機(jī)PIC18F4580的PORTB 口相連接，CANopen電路模塊的一端與單片機(jī)PIC18F4580的CANRX與CANTX相連接，另一 端與其它的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)相連接，RS485電路模塊與單片機(jī)PIC18F4580的TX和RX相連 接，另一端與其它的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)相連接。保護(hù)閥值及復(fù)位按鍵部分由三個(gè)按鍵組成，第一個(gè)按鍵實(shí)現(xiàn)故障復(fù)位功能，第二 個(gè)和第三個(gè)按鍵實(shí)現(xiàn)保護(hù)閥值設(shè)定功能。采樣電路實(shí)現(xiàn)采樣電阻大小的控制，以便能夠測(cè) 量更大范圍的絕緣電阻。采樣處理電路對(duì)采樣電阻采樣的信號(hào)進(jìn)行放大或者減小以及對(duì)采 樣電阻上的信號(hào)進(jìn)行濾波處理，轉(zhuǎn)換成為PIC18F4580能夠識(shí)別的信號(hào)。LED顯示電路實(shí)現(xiàn) 對(duì)LED的驅(qū)動(dòng)和顯示，其功能是顯示測(cè)量的絕緣電阻值、保護(hù)閥值的設(shè)定顯示以及保護(hù)代 碼的顯示。保護(hù)指令執(zhí)行電路由兩路繼電器實(shí)現(xiàn)，第一個(gè)繼電器實(shí)現(xiàn)漏電閉鎖功能，第二個(gè) 繼電器實(shí)現(xiàn)漏電保護(hù)功能。檢測(cè)狀態(tài)轉(zhuǎn)換電路主要檢測(cè)變頻器是否啟動(dòng)，以便PIC18F4580 進(jìn)行對(duì)變頻器不同狀態(tài)下的絕緣電阻準(zhǔn)確及時(shí)的處理。CANopen電路和RS485電路主要是 根據(jù)不同工況的需求把一些數(shù)據(jù)傳輸給其它計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。
實(shí)施例一種輸出容量為60kVA、電壓為380V的變頻調(diào)速用漏電保護(hù)器該漏電保護(hù)器配用的交流變頻調(diào)速裝置拖動(dòng)380V、55kW的三相異步交流電動(dòng)機(jī)
5M，變頻器與電機(jī)之間通過(guò)長(zhǎng)電纜連接，假如W相電纜皮在工況使用或者維護(hù)過(guò)程中刮破， 這時(shí)候相當(dāng)于W相直接對(duì)地短路，如果操作人員在不知道的情況下觸及此點(diǎn)，將會(huì)對(duì)人員 帶來(lái)巨大的傷害，在此種情況下電機(jī)的W相絕緣急劇下降，將導(dǎo)致三相急劇不平衡，情況嚴(yán) 重時(shí)將損壞電機(jī)和變頻器，帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失。 接入實(shí)施例的漏電保護(hù)器后，假如是在變頻器上電啟動(dòng)之前，由于人為因素刮破 電纜皮，此漏電保護(hù)器會(huì)處于漏電閉鎖狀態(tài)，電路會(huì)通過(guò)36V正極、L5、L4、Rl、Ll、Rf、大地、 Re和36V的負(fù)極形成回路，此時(shí)如果Rf急劇下降，則Re上的電壓會(huì)明顯上升，通過(guò)采樣處 理電路送給單片機(jī)，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理后如果達(dá)到保護(hù)值，單片機(jī)會(huì)及時(shí)的發(fā)出保護(hù)指令信號(hào)， 通過(guò)電控系統(tǒng)及時(shí)切斷電源，整個(gè)裝置不能啟動(dòng)，并且通過(guò)顯示系統(tǒng)告知操作人員發(fā)生了 漏電事故，及時(shí)的查找故障點(diǎn)。如果是在變頻器啟動(dòng)之后運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生漏電事故，檢測(cè)回 路跟漏電閉鎖時(shí)的狀態(tài)一樣，但是由于變頻器輸出不是50Hz的完全對(duì)稱(chēng)的三相電壓，所以 檢測(cè)信號(hào)處理電路跟漏電閉鎖有本質(zhì)區(qū)別，通過(guò)此漏電保護(hù)器的自動(dòng)切換系統(tǒng)，會(huì)實(shí)時(shí)的 切換到變頻器啟動(dòng)后的絕緣狀態(tài)檢測(cè)信號(hào)處理電路，如果在變頻器啟動(dòng)后發(fā)生漏電事故， 會(huì)通過(guò)執(zhí)行機(jī)構(gòu)及時(shí)切斷電源，使整個(gè)裝置停機(jī)，并且會(huì)通過(guò)人機(jī)接口及時(shí)的通知操作人 員。有效且可靠地防止發(fā)生因負(fù)載漏電所造成的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。
權(quán)利要求一種變頻調(diào)速用漏電保護(hù)器，其特征在于是由漏電檢測(cè)電路、采樣電阻控制電路、檢測(cè)信號(hào)處理和數(shù)字處理電路組成；漏電檢測(cè)電路由一個(gè)三相電抗器、兩個(gè)自藕變壓器、三個(gè)限流電阻、兩個(gè)濾波電容、一個(gè)36V開(kāi)關(guān)電源模塊和采樣電阻控制電路組成，其中三個(gè)限流電阻和三相電抗器的每相相串聯(lián)連接到變頻器逆變橋的三個(gè)輸出端，另外的三個(gè)端點(diǎn)相連接與第一只自藕變壓器相連接，第一只自藕變壓器的另一端與第一只電容的一端、第二只自藕變壓器的一端和36V直流電源的正極相連接，第二只自藕變壓器的另一端與第二只電容的一端相連接，第一只電容的另一端和第二只電容的另一端與大地和采樣電阻控制電路的一端相連接，采樣電阻控制電路的另一端和36V直流電源的負(fù)極相連接；采樣電阻控制電路由四個(gè)固態(tài)繼電器、四只限流電阻、四只采樣電阻組成，四個(gè)固態(tài)繼電器的輸出接點(diǎn)分別與四只采樣電阻相并聯(lián)，四只限流電阻一端分別與四個(gè)固態(tài)繼電器的控制端二極管的陰極相連接，另一端分別與單片機(jī)PIC18F4580的I/O口RE2、RE1、RC5、RC3相連接，四個(gè)固態(tài)繼電器的控制端二極管的陽(yáng)極與控制電路的電源正極相連接；檢測(cè)信號(hào)處理電路由兩個(gè)相互獨(dú)立的模擬放大電路和濾波電路組成，其中一個(gè)模擬放大電路和濾波電路檢測(cè)漏電閉鎖狀態(tài)，一端接大地，另一端與單片機(jī)PIC18F4580的A/D轉(zhuǎn)換口AN0相連接，另一個(gè)模擬放大電路和濾波電路檢測(cè)漏電保護(hù)狀態(tài)，一端接地，另一端與單片機(jī)PIC18F4580的A/D轉(zhuǎn)換口AN1相連接，數(shù)字處理電路主要是以微芯的8位單片機(jī)PIC18F4580為控制核心，對(duì)檢測(cè)信號(hào)電路的信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化處理；LED顯示電路模塊與單片機(jī)PIC18F4580的PORTD口、PORTB口和PORTC口相連接，保護(hù)閥值設(shè)定與復(fù)位按鍵模塊與PORTB口、MCLR/VPP引腳相連接，保護(hù)指令執(zhí)行模塊與單片機(jī)PIC18F4580的PORTB口相連接，檢測(cè)狀態(tài)轉(zhuǎn)換電路模塊與單片機(jī)PIC18F4580的PORTB口相連接，CANopen電路模塊的一端與單片機(jī)PIC18F4580的CANRX與CANTX相連接，另一端與其它的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)相連接，RS485電路模塊與單片機(jī)PIC18F4580的TX和RX相連接，另一端與其它的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)相連接。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及一種變頻調(diào)速用漏電保護(hù)器，其特征在于漏電檢測(cè)電路由三相電抗器、自藕變壓器、限流電阻、濾波電容、36V開(kāi)關(guān)電源模塊和采樣電阻控制電路組成，采樣電阻控制電路通過(guò)固態(tài)繼電器控制電阻大小的切換，檢測(cè)信號(hào)處理電路由兩個(gè)相互獨(dú)立的模擬放大電路和濾波電路組成，數(shù)字處理電路主要是以微芯的8位單片機(jī)PIC18F4580為控制核心，處理各種模擬數(shù)據(jù)、執(zhí)行各種外部指令、發(fā)出控制指令和其它計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換。本實(shí)用新型構(gòu)思新穎；電路控制靈活、檢測(cè)信號(hào)準(zhǔn)確；能夠跟現(xiàn)在各種智能化裝備實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸；通用性強(qiáng)。在各種復(fù)雜的工業(yè)運(yùn)行環(huán)境中，都可以可靠、靈敏的檢測(cè)出變頻器與電機(jī)之間每相的絕緣電阻值。
文檔編號(hào)H02H3/32GK201754498SQ20102051056
公開(kāi)日2011年3月2日 申請(qǐng)日期2010年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月24日
發(fā)明者周書(shū)彬, 李立國(guó), 王玉學(xué), 石路, 董毅, 馬若平, 齊振峰 申請(qǐng)人:鞍山恒貫電氣技術(shù)有限公司