專利名稱：一種基于晶閘管的船用大功率ac-dc變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及工業(yè)儀器儀表領(lǐng)域，具體涉及一種保護(hù)速度快、形式多樣的基于晶閘管的船用大功率AC-DC變換器。
背景技術(shù)：
AC-DC變換器工作在大功率環(huán)境中，出現(xiàn)故障是不可避免的。我國(guó)傳統(tǒng)的AC-DC變換器保護(hù)裝置構(gòu)成相對(duì)比較簡(jiǎn)單，保護(hù)的故障類型只是對(duì)過(guò)電流、過(guò)電壓和短路進(jìn)行保護(hù)，采用的保護(hù)工具也只是采用快速熔斷器、壓敏電阻、阻容緩沖器等元件進(jìn)行保護(hù)。傳統(tǒng)的保護(hù)裝置無(wú)法對(duì)實(shí)時(shí)的電壓電流值進(jìn)行監(jiān)測(cè)，出現(xiàn)故障時(shí)無(wú)法查看準(zhǔn)確的過(guò)電壓和過(guò)電流值。因此傳統(tǒng)的保護(hù)裝置無(wú)法非常準(zhǔn)確的對(duì)AC-DC變換器進(jìn)行保護(hù)，只能憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行估算。
在中國(guó)計(jì)量協(xié)會(huì)冶金分會(huì)2008年會(huì)論文集《晶閘管整流供電回路保護(hù)電路設(shè)計(jì)》文獻(xiàn)中公開(kāi)了一種對(duì)晶閘管整流直流供電系統(tǒng)過(guò)壓、過(guò)流產(chǎn)生的原因進(jìn)行了簡(jiǎn)單分析，并設(shè)計(jì)了應(yīng)對(duì)措施。其構(gòu)成相對(duì)比較簡(jiǎn)單，對(duì)過(guò)電流的保護(hù)橋內(nèi)是用快速熔斷器對(duì)其進(jìn)行保護(hù)，橋外采用電子電路進(jìn)行保護(hù)，即用電流互感器生成電流信號(hào)在轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)在經(jīng)過(guò)電壓比較器生成過(guò)流觸發(fā)信號(hào)經(jīng)過(guò)觸發(fā)器控制繼電器開(kāi)關(guān)對(duì)其進(jìn)行過(guò)流保護(hù)。對(duì)過(guò)壓保護(hù)采用避雷器、壓敏電阻、RC阻容吸收等器件進(jìn)行保護(hù)。其缺點(diǎn)是操作人員無(wú)法對(duì)實(shí)時(shí)的電壓電流值進(jìn)行監(jiān)控，并且無(wú)法對(duì)缺相進(jìn)行保護(hù)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種保護(hù)速度更及時(shí)、保護(hù)種類更多的基于晶閘管的船用大功率AC-DC變換器。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種基于晶閘管的船用大功率AC-DC變換器，AC-DC變換器交流側(cè)每個(gè)輸出端連接一個(gè)電流互感器和一個(gè)電壓互感器，電流互感器、電壓互感器分別與電子保護(hù)控制板輸入端連接，向電子保護(hù)控制板輸入信號(hào)，電子保護(hù)控制板實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電路故障，控制保護(hù)開(kāi)關(guān)和報(bào)警蜂鳴器。電子保護(hù)控制板由采樣信號(hào)處理模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、CPU模塊、液晶顯示模塊、光電隔離模塊、開(kāi)關(guān)量輸出模塊和報(bào)警蜂鳴器組成，傳感器采集信號(hào)傳送至采樣信號(hào)處理模塊，采樣信號(hào)處理模塊將信號(hào)按比例轉(zhuǎn)變?yōu)闈M足模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊采樣標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)并傳送給模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，CPU模塊獲取模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊傳送的信號(hào)后進(jìn)行運(yùn)算，與電壓電流額定值進(jìn)行比較，將比較結(jié)果傳送至光電隔離模塊，光電隔離模塊驅(qū)動(dòng)光耦后輸出信號(hào)到開(kāi)關(guān)量輸入輸出模塊，由開(kāi)關(guān)量輸入輸出模塊控制繼電器開(kāi)關(guān)狀來(lái)完成過(guò)載、過(guò)壓、過(guò)流及缺相的報(bào)警及保護(hù)。還包括壓敏電阻和阻容吸收回路，在AC-DC變換器交流側(cè)每個(gè)過(guò)電壓處星型連接三個(gè)壓敏電阻，在AC-DC變換器整流橋內(nèi)的每個(gè)晶閘管并聯(lián)一個(gè)阻容吸收回路，在AC-DC變換器的直流側(cè)與負(fù)載并聯(lián)一個(gè)壓敏電阻。還包括保護(hù)開(kāi)關(guān)和快速熔斷器，在AC-DC變換器交流側(cè)的每條進(jìn)線上串聯(lián)裝設(shè)一個(gè)保護(hù)開(kāi)關(guān)和一個(gè)快速熔斷器，在AC-DC變換器的直流側(cè)負(fù)載的正極串聯(lián)一個(gè)快速熔斷器。電流互感器和電壓互感器并聯(lián)或串聯(lián)在AC-DC變換器交流側(cè)輸出端。采樣信號(hào)處理模塊由電壓跟隨器連接運(yùn)算比較器組成，將輸入信號(hào)按比例的轉(zhuǎn)變成滿足模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊采樣標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)。開(kāi)關(guān)量輸出模塊由三極管連接繼電器組成，輸入信號(hào)使三極管導(dǎo)通，由三極管控制繼電器開(kāi)關(guān)狀態(tài)來(lái)完成電路的報(bào)警及保護(hù)。
本發(fā)明的有益效果在于與現(xiàn)有技術(shù)相比，對(duì)短路、過(guò)壓、過(guò)載、過(guò)電流、缺相等故障形式進(jìn)行了更全面的監(jiān)控，應(yīng)用電子保護(hù)控制板和保護(hù)元器件相配合的保護(hù)方式，使AC-DC變換器得到更加準(zhǔn)確快速的保護(hù)。
圖I為本發(fā)明的一種基于晶閘管的船用大功率AC-DC變換器圖；圖2為本發(fā)明電子保護(hù)控制板硬件模塊圖；圖3為電子保護(hù)控制板硬件模塊圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖及較佳實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。實(shí)施例一12脈波船用大功率AC-DC變換器的整體設(shè)計(jì)及保護(hù)配置請(qǐng)參閱圖I。本發(fā)明第一實(shí)施例提供一種基于晶閘管的12脈波船用大功率AC-DC變換器。本AC-DC變換器是由12脈波AC-DC變換器、快速熔斷器、壓敏電阻、阻容緩沖器、傳感器(電流電壓互感器)、電子保護(hù)控制板、保護(hù)開(kāi)關(guān)及報(bào)警蜂鳴器組成。電子保護(hù)控制板是由信號(hào)采樣處理模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、CPU模塊、光電隔離模塊、開(kāi)關(guān)量輸出模塊、信號(hào)顯示模塊組成的，將能夠?qū)崿F(xiàn)這些模塊功能的元器件和芯片焊接在一塊電路板上，組成了電子保護(hù)控制板。該部分對(duì)AC-DC變換器在工作中遇到的短路、過(guò)電流、過(guò)載、過(guò)電壓及缺相等故障時(shí)起到良好的保護(hù)。本實(shí)施例中短路保護(hù)分為AC-DC變換器交流側(cè)、橋內(nèi)和直流側(cè)三個(gè)方面，在AC-DC變換器交流側(cè)，是在每條進(jìn)線上串聯(lián)裝設(shè)一只快速熔斷器(FU)，數(shù)量共為6個(gè)，并分別裝設(shè)保護(hù)開(kāi)關(guān)；在AC-DC變換器的整流橋內(nèi)部，只在下橋臂的晶閘管旁分別串聯(lián)裝設(shè)一只快速熔斷器(FU)，數(shù)量共為6個(gè)；在AC-DC變換器的直流側(cè)，則是在負(fù)載的正極串聯(lián)裝設(shè)快速熔斷器(FU)，數(shù)量為I個(gè)。本實(shí)施例中，過(guò)壓保護(hù)是采用壓敏電阻元件、阻容緩沖器和電子保護(hù)控制板相配合的保護(hù)方式。一方面，在AC-DC變換器交流側(cè)過(guò)電壓采用壓敏電阻，壓敏電阻接線方式有星形接線方式和三角形接線方式，本實(shí)例選用星形接線方法，壓敏電阻(VDR)數(shù)量共為6個(gè)。在AC-DC變換器整流橋內(nèi)的晶閘管分別并聯(lián)阻容吸收回路，阻容吸收回路(Rl R12，Cl C12)數(shù)量為12個(gè)。在AC-DC變換器的直流側(cè)裝設(shè)一只壓敏電阻，與負(fù)載并聯(lián)。另一方面，通過(guò)電流電壓互感器(PT)實(shí)時(shí)檢測(cè)變換器的電壓電流值并把信號(hào)傳遞給電子保護(hù)控制板，如果出現(xiàn)故障則電子保護(hù)控制板會(huì)按預(yù)定的程序啟動(dòng)保護(hù)開(kāi)關(guān)和報(bào)警蜂鳴器。過(guò)載保護(hù)、過(guò)電流保護(hù)和缺相保護(hù)是采用電流電壓互感器(PT )檢測(cè)AC-DC變換器的電流電壓值并將信號(hào)送入電子保護(hù)控制板，經(jīng)過(guò)電子保護(hù)控制板各模塊的處理后信號(hào)送入保護(hù)開(kāi)關(guān)，如果出現(xiàn)過(guò)電流、過(guò)載及缺相故障，則電子保護(hù)控制板會(huì)按預(yù)定程序啟動(dòng)保護(hù)開(kāi)關(guān)和報(bào)警蜂鳴器。實(shí)施例二6脈波船用大功率AC-DC變換器的整體設(shè)計(jì)及保護(hù)配置請(qǐng)參閱圖2。本發(fā)明第二實(shí)施例提供一種基于晶閘管的6脈波船用大功率AC-DC變換器。其保護(hù)方法和12脈波大功率AC-DC變換器的保護(hù)方法相同。
本實(shí)施例中短路保護(hù)分為AC-DC變換器交流側(cè)、橋內(nèi)和直流側(cè)三個(gè)方面，在AC-DC變換器交流側(cè)，是在每條進(jìn)線上串聯(lián)裝設(shè)一只快速熔斷器(FU)，數(shù)量共為3個(gè)，并分別裝設(shè)保護(hù)開(kāi)關(guān)；在AC-DC變換器的整流橋內(nèi)部，只在下橋臂的晶閘管旁分別串聯(lián)裝設(shè)一只快速熔斷器(FU)，數(shù)量共為3個(gè)；在AC-DC變換器的直流側(cè)，則是在負(fù)載的正極串聯(lián)裝設(shè)快速熔斷器(FU)，數(shù)量為I個(gè)。本實(shí)施例中，過(guò)壓保護(hù)是采用壓敏電阻元件、阻容緩沖器和電子保護(hù)控制板相配合的保護(hù)方式。一方面，在AC-DC變換器交流側(cè)過(guò)電壓采用壓敏電阻星型接線方式，壓敏電阻(VDR)數(shù)量共為3個(gè)。；在八(-0(變換器整流橋內(nèi)的晶閘管分別并聯(lián)阻容吸收回路，阻容吸收回路(Rl R6，Cl C6)數(shù)量為6個(gè)。在AC-DC變換器的直流側(cè)裝設(shè)一只壓敏電阻，與負(fù)載并聯(lián)。另一方面，通過(guò)電流電壓互感器(PT)實(shí)時(shí)檢測(cè)變換器的電壓電流值并把信號(hào)傳遞給電子保護(hù)控制板，如果出現(xiàn)故障則電子保護(hù)控制板會(huì)按預(yù)定的程序啟動(dòng)保護(hù)開(kāi)關(guān)和報(bào)警蜂鳴器。過(guò)載保護(hù)、過(guò)電流保護(hù)和缺相保護(hù)是采用電流電壓互感器(PT )檢測(cè)AC-DC變換器的電流電壓值并將信號(hào)送入電子保護(hù)控制板，經(jīng)過(guò)電子保護(hù)控制板各模塊的處理后信號(hào)送入保護(hù)開(kāi)關(guān)，如果出現(xiàn)過(guò)電流、過(guò)載及缺相故障，則電子保護(hù)控制板會(huì)按預(yù)定程序啟動(dòng)保護(hù)開(kāi)關(guān)和報(bào)警蜂鳴器。電子保護(hù)控制板硬件模塊圖請(qǐng)參閱圖3。船用大功率AC-DC變換器的電子保護(hù)控制板是由信號(hào)采樣處理模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、CPU模塊、光電隔離模塊、開(kāi)關(guān)量輸出模塊、信號(hào)顯示模塊等部分組成的，并將各部分做在相應(yīng)的印刷電路板上，板上對(duì)外聯(lián)系的引線通過(guò)插頭引出。首先是電流電壓互感器采集信號(hào)經(jīng)過(guò)采樣信號(hào)處理模塊進(jìn)行處理，采樣信號(hào)處理模塊包含模塊I和模塊2，模塊I作為電壓跟隨器，模塊2作為運(yùn)算比較器，其目的是把輸入信號(hào)按一定比例的變成滿足模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊采樣標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)。接著將信號(hào)送入模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊中進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，在送入CPU模塊中進(jìn)行運(yùn)算并與電壓電流額定值進(jìn)行比較，同時(shí)把電壓電流值在送入通信顯示模塊顯示出來(lái)。輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)運(yùn)算比較后將它的輸出信號(hào)送入光電隔離模塊，光電隔離模塊由光I禹驅(qū)動(dòng)和光I禹組成，驅(qū)動(dòng)光I禹后光I禹會(huì)輸出一個(gè)信號(hào)到開(kāi)關(guān)量輸入輸出模塊，開(kāi)關(guān)量輸出模塊由三極管和繼電器組成，信號(hào)使三極管導(dǎo)通，三極管控制繼電器開(kāi)關(guān)狀來(lái)完成過(guò)載、過(guò)壓、過(guò)流及缺相的報(bào)警及保護(hù)。電子保護(hù)控制板上的芯片選取可以有很多種，只要能實(shí)現(xiàn)相應(yīng)模塊功能的芯片都可以。例如，CPU模塊可以選擇很多種芯片，比如單片機(jī)(MCU)系列、DSP系列、ARM系列、FPGA系列等都可以。本CPU模塊選用TMS320F2812 DSP芯片，由它作為電路的核心控制器 和數(shù)字信號(hào)處理器，以完成電路的保護(hù)和監(jiān)控功能。
權(quán)利要求
1.一種基于晶閘管的船用大功率AC-DC變換器，其特征在于=AC-DC變換器交流側(cè)每個(gè)輸出端連接一個(gè)電流互感器和一個(gè)電壓互感器，電流互感器、電壓互感器分別與電子保護(hù)控制板輸入端連接，向電子保護(hù)控制板輸入信號(hào)，電子保護(hù)控制板實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電路故障，控制保護(hù)開(kāi)關(guān)和報(bào)警蜂鳴器。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于晶閘管的船用大功率AC-DC變換器，其特征在于所述的電子保護(hù)控制板由采樣信號(hào)處理模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、CPU模塊、液晶顯示模塊、光電隔離模塊、開(kāi)關(guān)量輸出模塊和報(bào)警蜂鳴器組成，傳感器采集信號(hào)傳送至采樣信號(hào)處理模塊，采樣信號(hào)處理模塊將信號(hào)按比例轉(zhuǎn)變?yōu)闈M足模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊采樣標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)并傳送給模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，CPU模塊獲取模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊傳送的信號(hào)后進(jìn)行運(yùn)算，與電壓電流額定值進(jìn)行比較，將比較結(jié)果傳送至光電隔離模塊，光電隔離模塊驅(qū)動(dòng)光耦后輸出信號(hào)到開(kāi)關(guān)量輸入輸出模塊，由開(kāi)關(guān)量輸入輸出模塊控制繼電器開(kāi)關(guān)狀來(lái)完成過(guò)載、過(guò)壓、過(guò)流及缺相的報(bào)警及保護(hù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種基于晶閘管的船用大功率AC-DC變換器，其特征在于還包括壓敏電阻和阻容吸收回路，在AC-DC變換器交流側(cè)每個(gè)過(guò)電壓處星型連接三個(gè)壓敏電阻，在AC-DC變換器整流橋內(nèi)的每個(gè)晶閘管并聯(lián)一個(gè)阻容吸收回路，在AC-DC變換器的直流側(cè)與負(fù)載并聯(lián)一個(gè)壓敏電阻。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于晶閘管的船用大功率AC-DC變換器，其特征在于還包括保護(hù)開(kāi)關(guān)和快速熔斷器，在AC-DC變換器交流側(cè)的每條進(jìn)線上串聯(lián)裝設(shè)一個(gè)保護(hù)開(kāi)關(guān)和一個(gè)快速熔斷器，在AC-DC變換器的直流側(cè)負(fù)載的正極串聯(lián)一個(gè)快速熔斷器。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于晶閘管的船用大功率AC-DC變換器，其特征在于所述的電流互感器和電壓互感器并聯(lián)或串聯(lián)在AC-DC變換器交流側(cè)輸出端。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于晶閘管的船用大功率AC-DC變換器，其特征在于所述采樣信號(hào)處理模塊由電壓跟隨器連接運(yùn)算比較器組成，將輸入信號(hào)按比例的轉(zhuǎn)變成滿足模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊采樣標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于晶閘管的船用大功率AC-DC變換器，其特征在于所述開(kāi)關(guān)量輸出模塊由三極管連接繼電器組成，輸入信號(hào)使三極管導(dǎo)通，由三極管控制繼電器開(kāi)關(guān)狀態(tài)來(lái)完成電路的報(bào)警及保護(hù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及工業(yè)儀器儀表領(lǐng)域，具體涉及一種保護(hù)速度快、形式多樣的基于晶閘管的船用大功率AC-DC變換器。AC-DC變換器交流側(cè)每個(gè)輸出端連接一個(gè)電流互感器和一個(gè)電壓互感器，電流互感器、電壓互感器分別與電子保護(hù)控制板輸入端連接，向電子保護(hù)控制板輸入信號(hào)，電子保護(hù)控制板實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電路故障，控制保護(hù)開(kāi)關(guān)和報(bào)警蜂鳴器。與現(xiàn)有技術(shù)相比，對(duì)短路、過(guò)壓、過(guò)載、過(guò)電流、缺相等故障形式進(jìn)行了更全面的監(jiān)控，應(yīng)用電子保護(hù)控制板和保護(hù)元器件相配合的保護(hù)方式，使AC-DC變換器得到更加準(zhǔn)確快速的保護(hù)。
文檔編號(hào)H02H3/04GK102801140SQ20121018282
公開(kāi)日2012年11月28日 申請(qǐng)日期2012年6月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月5日
發(fā)明者趙凱岐, 李世巖, 蘭海, 張殿華 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)