电力二次系统驱动模块的逆变电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开一种电力二次系统驱动模块的逆变电路，驱动模块设置在供电设备和负载设备之间，驱动模块的输入端与接地端之间设置有第一防雷保护电路，驱动模块的输出端与接地端之间设置有第二防雷保护电路，驱动模块包括用于将交流电转换为直流电的整流电路、用于实现直流电的滤波平滑及储能作用的滤波电路以及用于完成直流电向交流电转换而实现调频调压的逆变电路，该逆变电路包括功率管驱动芯片，该功率管驱动芯片接至微处理器电路的功率输出端，以便根据微处理器电路的微处理器输出的脉冲宽度调制信号，驱动对应的功率管交替导通和关断。本实用新型至少能在安全性、抗干扰性或可操控性等的某一个方面改善电力二次系统的性能。
【专利说明】电力二次系统驱动模块的逆变电路
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电气设备，尤其涉及电力二次系统及其附属设备。
【背景技术】
[0002]发电厂和变电所的电气设备分为一次设备和二次设备。一次设备(也称主设备)是构成电力系统的主体，它是直接生产、输送和分配电能的设备，包括发电机、电力变压器、断路器、隔离开关、电力母线、电力电缆和输电线路等。二次设备是对一次设备进行控制、调节、保护和监测的设备，它包括控制器具、继电保护和自动装置、测量仪表、信号器具等。二次设备通过电压互感器和电流互感器与一次设备取得电的联系。一次设备及其连接的回路称为一次回路。二次设备按照一定的规则连接起来以实现某种技术要求的电气回路称为二次回路。
[0003]电力二次系统中，负载设备(属于二次设备，如电机等)通过驱动模块接至作为供电设备(属于一次设备，如市电)的输出端，由该驱动模块将供电设备提供的交流电转换为负载设备所需的交流电或直流电，由此达到对负载设备的控制。现有电力二次系统设计上存在不足:一是防雷保护措施不够好，在雷电流过于强大时，可能有小部分雷电流进入到负载设备，由此导致负载设备在雷击电流残压冲击下损坏，这使得系统安全性差，大大地缩短了其使用寿命；二是抗干扰措施不够理想，负载设备容易遭受电源及外部环境等因素的干扰，这对负载设备的稳定运行造成较大的影响；三是控制不够方便，其控制参数的调整不够灵活，不能很好地满足用户的需求。有鉴于此，有必要涉及新的电力二次系统及其附属设备，以便使其性能得以改善。
实用新型内容
[0004]针对现有技术存在的缺陷，本实用新型的目的在于提供电力二次系统及其附属设备，以便至少能在安全性、抗干扰性或可操控性等的某一个方面使电力二次系统的性能得以改善。
[0005]为解决以上技术问题，本实用新型提供一种电力二次系统驱动模块的逆变电路，所述电力二次系统包括含有供电设备的一次设备和含有负载设备的二次设备，所述供电设备和所述负载设备之间设置驱动模块，所述驱动模块的输入端与接地端之间设置有第一防雷保护电路，所述驱动模块的输出端与接地端之间设置有第二防雷保护电路，所述驱动模块包括用于将交流电转换为直流电的整流电路、用于实现直流电的滤波平滑及储能作用的滤波电路以及用于完成直流电向交流电转换而实现调频调压的逆变电路，所述逆变电路包括功率管驱动芯片，所述功率管驱动芯片接至微处理器电路的功率输出端，以便根据所述微处理器电路的微处理器输出的脉冲宽度调制信号，驱动对应的功率管交替导通和关断。
[0006]与现有技术相比，本实用新型可以有效地改善电力二次系统的性能，其至少可以取得以下某一个方面的优点:
[0007]1、安全性提高。设有二级避雷保护，其中的大部分雷击电流通过驱动模块输入端的第一级接地元件泄放；而驱动模块输出端设置第二级接地元件，使得进入负载的残压更小，有利于防止负载遭受雷击，提高其使用安全性，延长其使用寿命。
[0008]2、抗干扰性强。主要表现在几个方面:
[0009](I)屏蔽电缆靠供电设备的一端电缆屏蔽层通过接地元件接地，屏蔽电缆靠负载设备的另一端电缆屏蔽层直接接地，其保持了传统二点接地的良好抗干扰效果，同时也限制了地电流或干扰的大小，可以避免地电流或干扰过大时烧毁屏蔽电缆屏蔽层的危险。
[0010](2)屏蔽电缆的芯线均设计了芯线屏蔽层，有利于抑制芯线之间产生的电磁辐射、静电耦合和电磁感应；同时也设计了电缆屏蔽层，有利于抑制外部的电磁干扰；这两方面因素，较好地消除了电力二次系统屏蔽电缆所产生的干扰，有利于保证数据的准确性。
[0011](3)驱动模块的输入级设置有滤波退耦电路，其作为交流信号输入通道的前置模拟低通滤波器，兼有抗干扰的作用，可以抑制来自供电设备的差模干扰，保证负载设备数据传输的准确性。
[0012]3、可操控性更好。通过微处理器电路控制驱动模块的输出模式，有利于灵活地按预定要求输出电压，从而满足不同用户的需求。对于电机类负载设备而言，可以根据人机接口电路的设定信号，对电机进行无级变频控制。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号来表示相同的部件。在附图中:
[0014]图1为本实用新型实施例电力二次系统的组成框图；
[0015]图2为图1中屏蔽电缆的接地方式；
[0016]图3为图1中屏蔽电缆的结构图；
[0017]图4为图1中驱动模块的组成框图；
[0018]图5为图4所示驱动模块中部分电路的实例。
【具体实施方式】
[0019]在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。
[0020]参见图1，表示本实用新型电力二次系统的较优实施例。该电力二次系统包括作为二次设备的负载设备3，它与作为一次设备的供电设备I之间设置有驱动模块2，其中供电设备I与驱动模块2之间、驱动模块2与负载设备3之间均通过连接电缆连接。
[0021]本实施例中，供电设备I为交流供电设备，如普通市电220V或380V ;驱动模块2为AD-CD (交流-直流)驱动模块，也可为交流-交流驱动模块；连接电缆为屏蔽电缆4，其接有防雷保护电路，以便将雷电流引入大地，由此提高系统的安全性。特别地，本实施例中。为了使雷电电流安全流过，各电路元件之间均通过屏蔽电缆4连接，其接线端用螺钉固定。
[0022]本实施例的防雷保护电路包括二级防雷保护电路，具体是两级接地元件5，优选地:第一级接地元件5为密闭式火花间隙，接于驱动模块2的输入端与接地端之间，可泄放雷电电流可达20KA ;第二级接地元件5放电管，接于驱动模块2的输出端与接地端之间，对流经驱动模块2的小部分雷击电流进一步放电，即对进入负载设备3的残压再作一次限流，使其低于额定的安全范围。这就可使得大部分雷击电流通过驱动模块2输入端的第一级接地元件4泄放，而驱动模块2输出端设置的第二级接地元件5则可使得进入负载的残压更小，从而有利于防止负载遭受雷击，提高其使用安全性，延长其使用寿命。
[0023]上述的第一级接地元件5、第二级接地元件5均可选择氧化锌压敏电阻或其它类型的接地电阻代替，同样具有较好的防雷效果。在雷电电流较大时，氧化锌压敏电阻被击穿，雷电电流迅速经过氧化锌压敏电阻流入接地端，使得进入负载设备3的残压被钳制在预定范围内。
[0024]由于设有二级避雷保护，来自供电设备I线路传输线的大部分雷击电流通过第一级接地元件5泄放，而第二级接地元件5使进入负载设备3的残压更小。这有利于防止负载遭受雷击，提高使用安全性，延长其使用寿命。
[0025]如上所述，供电设备I与驱动模块2之间、驱动模块2与负载设备3之间均通过屏蔽电缆4连接，其中的屏蔽电缆4的屏蔽层均接至地，以下进一步说明。
[0026]参见图2，表示屏蔽电缆4的接地方式。负载设备3通过屏蔽电缆4与供电设备I连接，该屏蔽电缆4由电缆芯线及电缆屏蔽层构成，该电缆屏蔽层包裹住电缆芯线以降低电磁干扰，其中:屏蔽电缆4靠近供电设备I的一端电缆屏蔽层通过接地元件5接地，屏蔽电缆4靠近负载设备的另一端电缆屏蔽层直接接地。
[0027]在实际电力系统中，屏蔽电缆4的长度一般大于20m，因此可使接地元件5接于距供电设备4m?6m的位置。该接地元件5可为接地电阻，具体类型可为氧化锌压敏电阻等(当然也可为其它元件)。该接地电阻的阻值与屏蔽电缆4的电缆屏蔽层的等效电阻相等，也可以依据实际情况另行选取。
[0028]此实施例负载设备3和供电设备I之间的屏蔽电缆4采用了二点接地方案，因而仍然保持了传统二点接地方案的良好抗干扰效果；由于屏蔽电缆4靠近供电设备I的一端电缆屏蔽层通过接地元件接地，有利于对接地电流或干扰限流，由此避免了地电流或干扰过大时烧毁屏蔽层的危险，同时也可以达到较好地电磁兼容效果，而且不会引起负面天线效应。
[0029]参见图3，表示屏蔽电缆的具体结构。该屏蔽电缆4的外保护层41内设置有多根芯线45，其中每根芯线包裹有内保护层43 ;特别地，外保护层内41层设置有电缆屏蔽层42，内保护层43的内侧设置有芯线屏蔽层44。
[0030]由于屏蔽电缆4的芯线及电缆自身均设置屏蔽层，可以抑制芯线之间的干扰及外界的干扰，具体而言:屏蔽电缆的芯线均设计了芯线屏蔽层，有利于抑制芯线之间产生的电磁福射、静电稱合和电磁感应；电缆自身设置电缆屏蔽层，有利于抑制外部的电磁干扰；这两方面因素，较好地消除了电力二次系统屏蔽电缆所产生的干扰，有利于保证数据的准确性。
[0031]优选地，电缆屏蔽层42和芯线屏蔽层44的两端分别接地，以便有效降低干扰源。较优地，是使电缆屏蔽层42和芯线屏蔽层44靠近供电设备I的一端通过接地元件5接地，电缆屏蔽层42和或芯线屏蔽层44靠近负载设备3的一端直接接地。
[0032]本实用新型实施例的电力二次系统具有滤波退耦式抗干扰功能，以下进行说明。
[0033]参见图4，为驱动模块的较优实施例。该电力二次系统包括负载设备3，其通过驱动模块2接至供电设备I的输出端，用以将供电设备I提供的交流电转换为负载设备3所需的交流电或直流电；特别地，该驱动模块2的输入级设置有滤波退耦电路20，它优选为RC滤波退耦电路，由串接的限流电阻R和滤波电容C构成，由此使得供电设备的输出正端和输出地端接入串接的限流电阻R和滤波电容C，可以抑制来自供电设备I的差模干扰，保证负载设备3数据传输的准确性。
[0034]本实施例中的滤波退耦电路20为RC滤波退耦电路，其作为交流信号输入通道的前置模拟低通滤波器，兼有抗干扰的作用；交直流信号输入通道两个端子间接入退耦电容，可为高频差模干扰信号提供旁路。顺便指出地是，从抗干扰角度考虑，RC滤波器比LC滤波器好:RC滤波器是耗散式滤波器，可把噪声能量变成热能耗散掉了 ；LC滤波器则会产生附加的磁场干扰，因而电感要加屏蔽罩。
[0035]上述实施例中的驱动模块2可进行优化，本实例的驱动模块2依次包括整流电路21、功率因素调整电路22、滤波电路23、逆变电路24及微处理器电路25、人机接口电路26等部分，其中:整流电路21由整流二极管或桥堆组成(优选为全桥整流电路)，包括必要的干扰滤除电路，其主要功能是把交流电转换为直流电；功率因数校正电路22为可选部件，由功率半导体及控制芯片组成，它还接至微处理器电路25的功率因素校正端，作用是使输入电流接近正弦波，减少电网谐波含量，实现提高功率因数的目的；滤波电路23(优选为RC滤波电路)主要由电解电容等元件组成，完成直流电的滤波平滑以及储能作用；逆变电路24由功率模块及驱动电路组成，功率模块可以是智能功率模块，它还接至所述微处理器电路的驱动信号端，其主要功能是，完成直流电向三相交流电的转换，实现调频调压目的；微处理器电路25由微处理器(DSP)及外围电路组成，其根据人机接口电路26发来的命令，发出对应的指令信号，控制功率因数校正电路22和逆变电路24工作，并根据电路反馈信息，进行必要的电路保护和故障处理。这样，该实施例通过微处理器电路控制驱动模块的输出模式，有利于灵活地按预定要求输出电压，从而满足不同用户的需求。
[0036]参见图5，为驱动模块中部分电路结构的实施例。具体是用于电机31的逆变电路与微处理器电路的实例，其工作方式为:市电经过整流电路21变为直流电，通过电解电容滤波后，接入逆变电路24的直流电源241的两端。而微处理器电路25的微处理器(MCU/DSP) 251根据人机接口电路26的设定信号，对负载设备3的电机31进行控制。
[0037]本实施例中，逆变电路24包括功率管驱动芯片242，该功率管驱动芯片242接至微处理器电路25的微处理器251，以便根据微处理器251输出的脉冲宽度调制信号，驱动对应的功率管交替导通和关断。具体的，所述逆变电路24包括6个功率管SI?S6，这六个功率管分成三组，每组功率管控制三相电机31的一组接线端。
[0038]开机时，微处理器251根据设定的电机转速产生相应的6路脉冲宽度调制信号，SP驱动信号PWMl?PWM6 ;通过功率管驱动芯片242驱动6个功率管(M0SFET或IGBT) SI?S6 ;这些功率管的交替导通和关断，产生三相调制波形，输出电压可调、频率可变的三相交流电，输出到电机31的U、V、W接线端，从而实现电机31的无级变频调速。
[0039]以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本实用新型的限制，本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
【权利要求】
1.一种电力二次系统驱动模块的逆变电路，所述电力二次系统包括含有供电设备的一次设备和含有负载设备的二次设备，所述供电设备和所述负载设备之间设置驱动模块，所述驱动模块的输入端与接地端之间设置有第一防雷保护电路，所述驱动模块的输出端与接地端之间设置有第二防雷保护电路，所述驱动模块包括用于将交流电转换为直流电的整流电路、用于实现直流电的滤波平滑及储能作用的滤波电路以及用于完成直流电向交流电转换而实现调频调压的逆变电路，其特征在于，所述逆变电路包括功率管驱动芯片，所述功率管驱动芯片接至微处理器电路的功率输出端，以便根据所述微处理器电路的微处理器输出的脉冲宽度调制信号，驱动对应的功率管交替导通和关断。
2.如权利要求1所述的电力二次系统驱动模块的逆变电路，其特征在于，所述逆变电路包括六个功率管，所述六个功率管分成三组，其中每组功率管控制三相电机的一相绕组。
3.如权利要求2所述的电力二次系统驱动模块的逆变电路，其特征在于，所述六个功率管均为MOSFET功率管或IGBT功率管。
4.如权利要求1所述的电力二次系统驱动模块的逆变电路，其特征在于，所述驱动模块包括功率因素调整电路人机接口电路，所述功率因素调整电路设置于所述整流电路与所述滤波电路之间，所述功率因素调整电路接至所述微处理器电路的功率因素校正端，所述人机接口电路接至所述微处理器电路的输入端。
5.如权利要求1所述的电力二次系统驱动模块的逆变电路，其特征在于，所述驱动模块的输入级设置用于抑制来自所述供电设备的差模干扰的滤波退耦电路。
6.如权利要求5所述的电力二次系统驱动模块的逆变电路，其特征在于，所述滤波退耦电路为RC滤波退耦电路，所述RC滤波退耦电路由串接于所述供电设备的输出正端和输出地端的限流电阻和滤波电容构成。
7.如权利要求1所述的电力二次系统驱动模块的逆变电路，其特征在于，所述第一防雷保护电路包括密闭式火花间隙或接地电阻，所述第二防雷保护电路包括放电管或接地电阻。
8.如权利要求1所述的电力二次系统驱动模块的逆变电路，其特征在于，所述供电设备与所述驱动模块之间、所述驱动模块与所述负载设备之间均通过屏蔽电缆连接，所述屏蔽电缆电缆的外保护层内设置多根芯线，所述芯线包裹有内保护层。
9.如权利要求8所述的电力二次系统驱动模块的逆变电路，其特征在于，所述屏蔽电缆的外保护层的内侧设置有电缆屏蔽层，所述屏蔽电缆的内保护层的内侧设置有芯线屏蔽层。
10.如权利要求9所述的电力二次系统驱动模块的逆变电路，其特征在于，所述屏蔽电缆靠近所述供电设备的一端所述电缆屏蔽层和所述芯线屏蔽层通过接地元件接地，所述屏蔽电缆靠近所述负载设备的另一端所述电缆屏蔽层和所述芯线屏蔽层直接接地。
【文档编号】H02M7/48GK203951382SQ201420385646
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年7月11日 优先权日:2014年7月11日
【发明者】周磊 申请人:衢州市沃思电子技术有限公司