專利名稱：一種用于直流負(fù)載的隔離型電壓暫降保護(hù)設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及的是一種工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的變頻器控制系統(tǒng)，具體涉及一種抗電壓暫降的保護(hù)設(shè)備。
背景技術(shù)：
目前，多數(shù)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的變頻器控制系統(tǒng)面臨的最大問題就是抗電壓暫降的能力差，主要表現(xiàn)在以下方面:1)控制電路抗電壓暫降電能力差，當(dāng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)電壓暫降時(shí)，控制電路失電，變頻器就會(huì)保護(hù)。2)變頻器本身抗電壓暫降能力差，當(dāng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)交流電出現(xiàn)電壓暫降時(shí)，變頻器會(huì)欠壓保護(hù)，當(dāng)電壓恢復(fù)時(shí)，變頻器會(huì)重新啟動(dòng)。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，提供一種抗電壓暫降的保護(hù)設(shè)備。為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型提供了一種用于直流負(fù)載的隔離型電壓暫降保護(hù)設(shè)備，該保護(hù)設(shè)備包括全橋DC/DC變換器、單片機(jī)控制電路和直流壓差電子開關(guān)；所述單片機(jī)控制電路的控制端與全橋DC/DC變換器中IGBT的驅(qū)動(dòng)端相連；所述全橋DC/DC變換器的輸出端通過直流壓差電子開關(guān)與變頻器的直流母線端相連。全橋DC/DC變換器設(shè)有高頻隔離變壓器。保護(hù)設(shè)備還包括RS-485通訊接口和人機(jī)交互界面，二者分別與單片機(jī)控制電路相連；所述的RS-485通訊接口還與外部的觸摸屏相連。全橋DC/DC變換器的IGBT模塊的型號(hào)為FF300R12KE4。保護(hù)設(shè)備為多個(gè)，并聯(lián)后輸出端通過(各自的)直流壓差電子開關(guān)與所述變頻器的直流母線端相連。單片機(jī)控制電路包括單片機(jī)、晶振、電流互感器、電阻Rl、R2、R3、R4、R5。單片機(jī)的型號(hào)為dsPIC30F2023。本實(shí)用新型隔離型電壓暫降保護(hù)設(shè)備與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn):現(xiàn)有普通的非隔離的電壓暫降保護(hù)設(shè)備是通過Boost DC/DC變換器來實(shí)現(xiàn)升壓的，它的輸入與輸出是共地的，一旦輸入或輸出端有故障出現(xiàn)，就會(huì)對(duì)另一端以及連接的設(shè)備產(chǎn)生影響；一旦輸入與輸出端連接的設(shè)備出現(xiàn)故障，也會(huì)對(duì)電壓暫降保護(hù)設(shè)備造成影響；而隔離型的電壓暫降保護(hù)設(shè)備是利用全橋DC/DC變換器來實(shí)現(xiàn)升壓的，變換器的內(nèi)部有一個(gè)高頻變壓器，通過它實(shí)現(xiàn)了輸入與輸出的電氣隔離，無論是輸入或輸出端，還是與他們相連的設(shè)備出現(xiàn)故障，都不會(huì)影響到另一端，即使是輸出發(fā)生短路故障，也不會(huì)影響輸入端，模塊自身會(huì)主動(dòng)保護(hù)。本實(shí)用新型通過全橋DC/DC變換器來實(shí)現(xiàn)升壓，采用數(shù)字控制技術(shù)，能夠在交流和直流兩種供電模式下工作，輸出穩(wěn)定的高壓直流電，為變頻器提供穩(wěn)定的工作電壓，確保系統(tǒng)安全平穩(wěn)工作。同時(shí)在交流電網(wǎng)出現(xiàn)電壓暫降或短時(shí)停電時(shí)，能自動(dòng)投入工作，在電網(wǎng)恢復(fù)正常后，能自動(dòng)退出支撐，由電網(wǎng)為變頻器供電。在負(fù)載功率較小時(shí)，可以由單個(gè)保護(hù)設(shè)備獨(dú)立工作；當(dāng)負(fù)載功率較大時(shí)，可以采用多個(gè)保護(hù)設(shè)備并聯(lián)工作，且不會(huì)出現(xiàn)環(huán)流。且可通過人機(jī)交互界面和RS-485通訊接口進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)與控制。

圖1為本實(shí)用新型隔離型電壓暫降保護(hù)設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1中全橋DC/DC變換器的電路圖；圖3為系統(tǒng)整體接線框圖；圖4為單片機(jī)控制電路圖。圖5為單片機(jī)控制的軟件流程圖；圖6為兩個(gè)保護(hù)設(shè)備并聯(lián)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型應(yīng)用于直流負(fù)載的隔離型電壓暫降保護(hù)設(shè)備進(jìn)行詳細(xì)說明。實(shí)施例一:參見圖1，本實(shí)用新型隔離型電壓暫降保護(hù)設(shè)備(以下簡(jiǎn)稱RTM)的輸入端能量來源可分為:三相交流電(380V)和直流電源(蓄電池)兩種，輸出端與變頻器的直流母線端相連。當(dāng)采用三相交流輸入作為能量來源時(shí)，RTM可以將輸入的交流電壓變換成穩(wěn)定的高壓直流電，提供給變頻器。該保護(hù)設(shè)備包括全橋DC/DC變換器、單片機(jī)控制電路、RS-485通訊接口和人機(jī)交互界面。采用數(shù)字控制技術(shù)，通過單片機(jī)控制電路實(shí)現(xiàn)對(duì)全橋DC/DC變換器的控制，RTM的支撐工作時(shí)間可以根據(jù)不同的工作條件來設(shè)定。結(jié)合圖2，全橋DC/DC變換器采用單片機(jī)控制電路作為其控制器，Uyn為輸入電壓，U0為輸出電壓，L1為電感，T為高頻變壓器,C1X2為濾波電容，功率管Q1、Q2、Q3、Q4選用IGBT模塊，PWM1、PWM2、PWM3、PWM4由單片機(jī)控制電路給出4個(gè)IGBT的驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)，整流二極管Dp D2、D3、D4選用快恢復(fù)二極管。參見圖4，單片機(jī)控制電路圖，PIC單片機(jī)型號(hào)dsPIC30F2023，Ui為輸入電壓采樣，Uo為輸出電壓采樣，1為輸出電流，CT表示電流互感器，Y表示晶振，R1、R2、R3、R4、R5為電壓采樣電阻。單片機(jī)的PWM1、PWM2、PWM3、PWM4信號(hào)用來控制全橋變換器的四個(gè)IGBT，單片機(jī)的AD采樣端口 ANO、ANU AN2分別采集全橋DC/DC變換器的輸入電壓、輸出電壓以及輸出電流；單片機(jī)的UlTX和UlRX端口即為RS-485通訊接口，單片機(jī)通過其SPI通訊接口(SD1、SCK、SD0)與人機(jī)交互界面實(shí)現(xiàn)通訊。如圖6所示，本實(shí)用新型的隔離型電壓暫降保護(hù)設(shè)備為多個(gè)，該圖為兩個(gè)，并聯(lián)后輸出端通過直流壓差電子開關(guān)與變頻器的直流母線端相連。實(shí)施例二:結(jié)合圖3、圖4和圖5可知，系統(tǒng)的工作過程如下:I)如果本實(shí)用新型隔離型電壓暫降保護(hù)設(shè)備(以下簡(jiǎn)稱RTM)采用三相交流電供電時(shí)，單片機(jī)控制電路通過自身的AD單元來采集輸入電壓，當(dāng)交流電壓正常時(shí)，單片機(jī)控制電路禁止輸出開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，RTM不工作，即全橋DC/DC變換器的IGBT處于截止?fàn)顟B(tài)，RTM的直流壓差控制電子開關(guān)不導(dǎo)通，相當(dāng)于RTM模塊的輸出與變頻器的直流母線斷開，而此時(shí)變頻器由三相交流電網(wǎng)正常供電；當(dāng)交流電出現(xiàn)電壓暫降時(shí)，交流電壓會(huì)下降，單片機(jī)控制電路通過電壓傳感器獲得電壓信號(hào)，利用單片機(jī)的AD單元來采集電壓信號(hào)，然后RTM中的單片機(jī)開始執(zhí)行程序，進(jìn)行相關(guān)的邏輯和數(shù)據(jù)運(yùn)算，由單片機(jī)輸出全橋DC/DC變換器的IGBT的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，全橋DC/DC變換器開始工作，輸出穩(wěn)定的高壓直流電，而此時(shí)由于交流電壓下降，變頻器的直流母線電壓就會(huì)隨之下降，直流壓差控制電子開關(guān)就會(huì)導(dǎo)通，因此全橋DC/DC變換器輸出的高壓直流電就會(huì)送到變頻器的直流母線端，為其提供電壓支撐，保證了變頻器不會(huì)因交流電壓的下降而停機(jī)，RTM起到了交流電壓出現(xiàn)電壓暫降時(shí)對(duì)變頻器的支撐作用，此時(shí)單片機(jī)開始計(jì)時(shí)。當(dāng)交流電壓恢復(fù)正常后，單片機(jī)控制電路采樣輸入電壓，通過單片機(jī)進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)和邏輯運(yùn)算，單片機(jī)輸出全橋DC/DC變換器IGBT的驅(qū)動(dòng)禁止信號(hào)，全橋DC/DC變換器停止工作，變頻器的直流母線電壓恢復(fù)正常，直流壓差電子開關(guān)斷開，RTM自動(dòng)退出支撐，計(jì)時(shí)結(jié)束，支撐時(shí)間大于電壓暫降的時(shí)間，RTM處于待機(jī)狀態(tài)，為下次電網(wǎng)出現(xiàn)電壓暫降做好準(zhǔn)備，此時(shí)變頻器恢復(fù)為三相交流供電。2)如果采用直流電源(蓄電池)供電時(shí)，去掉圖3中的三相整流單元，蓄電池組提供的直流電直接與RTM中全橋DC/DC變換器的輸入端相連，RTM的輸入電壓的大小由串聯(lián)的電池?cái)?shù)量決定。在直流電源供電模式下，通常要求直流電源的輸入電壓要低于全橋DC/DC變換器的輸出電壓，通過單片機(jī)控制電路來采樣輸入電壓信號(hào)，然后單片機(jī)通過程序運(yùn)算給出全橋DC/DC變換器IGBT的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，全橋DC/DC變換器開始工作，實(shí)現(xiàn)升壓作用，其輸出為穩(wěn)定的高壓直流電。當(dāng)變頻器的交流輸入電壓正常時(shí)，直流壓差控制電子開關(guān)不會(huì)動(dòng)作，RTM處于待機(jī)狀態(tài)。當(dāng)交流電出現(xiàn)電壓暫降或短時(shí)間停電時(shí)，變頻器的直流母線電壓就會(huì)下降，此時(shí)直流壓差控制電子開關(guān)開通，全橋DC/DC變換器輸出的高壓直流電就會(huì)送到變頻器的直流母線端，為其提供電壓支撐，保證了變頻器不會(huì)因交流電壓的下降而停機(jī)，RTM模塊起到了對(duì)變頻器的支撐作用；同時(shí)利用電流傳感器來檢測(cè)輸出電流，通過單片機(jī)控制電路來采集電流送到單片機(jī)內(nèi)部來處理，RTM設(shè)備檢測(cè)到有輸出電流，單片機(jī)開始支撐計(jì)時(shí)。當(dāng)交流電壓恢復(fù)正常后，直流壓差控制電子開關(guān)斷開，輸出電流為零，單片機(jī)停止計(jì)時(shí)，RTM自動(dòng)退出支撐，支撐時(shí)間大于電壓暫降的時(shí)間，RTM處于待機(jī)工作，為下次電網(wǎng)出現(xiàn)電壓暫降或停電做好準(zhǔn)備。
權(quán)利要求1.一種用直流負(fù)載的隔離型電壓暫降保護(hù)設(shè)備，其特征在于:該保護(hù)設(shè)備包括全橋DC/DC變換器、單片機(jī)控制電路和直流壓差電子開關(guān)；所述單片機(jī)控制電路的控制端與全橋DC/DC變換器的驅(qū)動(dòng)端相連；所述全橋DC/DC變換器的輸出端通過直流壓差電子開關(guān)與變頻器的直流母線端相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隔離型電壓暫降保護(hù)設(shè)備，其特征在于:所述全橋DC/DC變換器設(shè)有高頻隔離變壓器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隔離型電壓暫降保護(hù)設(shè)備，其特征在于:所述保護(hù)設(shè)備還包括RS-485通訊接口和人機(jī)交互界面，二者分別與單片機(jī)控制電路相連；所述的RS-485通訊接口還與外部的觸摸屏相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隔離型電壓暫降保護(hù)設(shè)備，其特征在于:所述全橋DC/DC變換器的IGBT模塊的型號(hào)為FF300R12KE4。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4所述的隔離型電壓暫降保護(hù)設(shè)備，其特征在于:所述保護(hù)設(shè)備為多個(gè)，并聯(lián)后輸出端通過直流壓差電子開關(guān)與所述變頻器的直流母線端相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的隔離型電壓暫降保護(hù)設(shè)備，其特征在于:所述單片機(jī)控制電路包括單片機(jī)、晶振、電流互感器、電阻Rl、R2、R3、R4、R5。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的隔離型電壓暫降保護(hù)設(shè)備，其特征在于:所述單片機(jī)的型號(hào)為 dsPIC30F2023。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種用于直流負(fù)載的隔離型電壓暫降保護(hù)設(shè)備，該保護(hù)設(shè)備的輸入與輸出端是通過高頻變壓器隔離的，輸出端通過直流壓差電子開關(guān)與變頻器的直流母線端相連；該保護(hù)設(shè)備包括全橋DC/DC變換器、單片機(jī)控制電路和直流壓差電子開關(guān)；所述單片機(jī)控制電路的控制端與全橋DC/DC變換器的驅(qū)動(dòng)端相連；所述全橋DC/DC變換器的輸出端通過直流壓差電子開關(guān)與變頻器的直流母線端相連。本實(shí)用新型隔離型電壓暫降保護(hù)設(shè)備能有效保證變頻器正常、穩(wěn)定工作，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便。
文檔編號(hào)H02M1/32GK203027127SQ20132001209
公開日2013年6月26日 申請(qǐng)日期2013年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月10日
發(fā)明者陳文波 申請(qǐng)人:南京國(guó)臣信息自動(dòng)化技術(shù)有限公司