专利名称：能量回馈器电能检测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于电量检测、监视和单片微机应用技术领域，具体涉及一 种可以检测、监视能量回馈器回送或吸收交流电网电能的能量回馈器电能检 测装置。 技术背景全可控能量回馈器(简称能量回馈器)采样全可控功率器件，与电压源 型变频器配合使用，可以将电动机制动运行时产生的机械能转变为交流电能 回送电网，是一种新型的节能产品。能量回馈器回送电能的多少，是评价系 统节能效果的重要指标。目前一般采用在能量回馈器三相交流进线端加装三 相电度表的方法检测能量回馈器回送电网电能的大小，其缺点是接线复杂、 测量精度低，显示内容单调、不能上传检测到的电度值。 发明内容本实用新型的目的是克服现有能量回馈器电能检测装置需接在三相交 流进线端，接线复杂的缺陷和不足，提供一种可以直接连接到能量回馈器直 流母线上的能量回馈器电能检测装置。它接线简单、可以适用于不同的电压 等级、电能检测响应快、精度高，显示内容多，检测的电能数据可以上传给 集中监控系统。本实用新型的技术解决方案是能量回馈器电能检测装置，包括电能测 量部件，所述的电能测量部件采用单片机，单片机的电源输入端与高压直流 开关电源连接，高压直流开关电源的两输入端分别并联在变频器两端的直流 母线上，变频器两端的直流母线上还并联有电压传感器，在变频器与回馈器 连接的直流母线正极端上串联有电流传感器，电压传感器和电流传感器的输出端分别接入单片机。本实用新型所述的高压直流开关电源中的驱动电路经功率管连接原方 绕组，在副方设置有二组测量绕组和一组反馈绕组，两测量绕组输出的电压 相等且极性相反，反馈绕组的输出端经控制环与驱动电路连接。本实用新型所述的单片机上设置有三个模数转换输入口， 一个模数转换 输入口与电压传感器的输出端连接，另两个模数转换输入口经极性变换器与 电流传感器的输出端连接，单片机的输出端连接有数码显示器和/或设置有 串行通讯输出口。本实用新型所述的电压传感器为零磁通电压传感器，所述的电流传感器 为零磁通电流传感器。与现有技术相比，本实用新型的有益效果是 一是只需要采集能量回馈 器直流母线上的电压、电流信号即可计算能量回馈器回送或吸收电网的电 能。电能的检测点在直流母线侧而不在三相交流电网侧，在直流母线侧检测 电能(电压和电流)，接线简单，操作安全可靠，可以适用于不同的电压等 级。二是采用高压直流开关电源提供电能检测装置所需要的各种低压隔离电 源，而不需要由交流电网提供测试用低压隔离电源，高压直流开关电源输入 的直流电压范围很宽，可满足不同电压等级能量回馈器电能检测的需求。三 是采用单片机处理检测的电信号，具有硬件简单、处理灵活、功能齐全等优 点,所测得的电能数据可通过数码显示器实时显示，还可通过串行通讯口上 传给集中监控系统。四是采用零磁通电压传感器和零磁通电流传感器能实 时、准确地检测能量回馈器直流母线端电压和直流母线中流过直流电流的大 小和方向，检测信号的精度高、响应快并可与直流母线的强电隔离。
图l是本实用新型的原理框图；图2是本实用新型中直流开关电源1的电路图；图3是本实用新型中电压传感器3的电路图；图4是本实用新型中电流传感器2与极性变换器5的电路图； 图5是本实用新型中单片微机4的部件示意图。图中，高压直流开关电源l，电压传感器2，电流传感器3，单片机4， 极性变换器5，数码显示器6，测量绕组-El、 +E1,反馈绕组+E2,功率管Tl， 电压传感器原方绕组W1，电压传感器副方绕组W2，电流传感器原方绕组W3， 电流传感器副方绕组W4，单片机模数转换输入口 A/D1、 A/D2、 A/D3，单片 机串行通讯输出口RT。
具体实施方式
以下结合附图说明和具体实施方式
对本实用新型作进一步的详细描述 参见图l，图2，图3，图4，本实用新型的能量回馈器电能检测装置， 包括电能测量部件，所述的电能测量部件采用单片机4，单片机4的电源输 入端与高压直流开关电源1连接，高压直流开关电源1的两输入端分别并联 在变频器两端的直流母线P、 N上，变频器两端的直流母线P、 N上还并联有 电压传感器2，在变频器与回馈器连接的直流母线正极端N上串联有电流传 感器3，电压传感器2和电流传感器3的输出端分别接入单片机4。参见图1,能量回馈器电能检测装置，由高压直流开关电源1、电压传 感器2、电流传感器3和单片机4组成。变频器直流母线两端P、 N送出的直流电能通过能量回馈器转变为三相交流电能回送电网，本电能检测装置就是 检测变频器直流母线送出的电压和电流,通过单片机4计算回送电网的电能。 参见图2，所述的高压直流开关电源1中的驱动电路经功率管T1连接原方绕 组，在副方设置有二组测量绕组-El、 +E1和一组反馈绕组+E2，两测量绕组 -El、 +￡1输出的电压相等且极性相反，反馈绕组+E2的输出端经控制环与驱 动电路连接。电能检测装置中的高压直流开关电源1是提供电能检测装置控 制电源的关键部件。高压直流开关电源1可以直接跨接到能量回馈器直流母 线P端和N端，高压直流开关电源1中的功率管Tl工作在PWM开关状态， 将存储在高频变压器中的磁能转变为电能输出三路低压隔离电源供电能检测装置使用。高压直流开关电源1的特点是适应输入直流电压很宽(可达100V—800V),并具有很好的输出电压稳定度。参见图3本实用新型中的电 压传感器2串联一个电阻R1后跨接到能量回馈器直流母线P端和N端，PN 端电压Upn除以电阻R1后获得通过电压传感器2原方绕组Wl中的电流iv， 电压传感器2副方绕组W2中感应的电流iuf产生的磁势要与原方电流iv产 生的磁势平衡，最终电压传感器2副方输出电压Uf=(WlXUpnXR2)/(W2X Rl)，该电压信号Uf正比与能量回馈器直流母线PN端电压Upn。参见图1， 图4，电能测试装置中的电流传感器3原方绕组W3串联在变频器和能量回馈 器直流母线的N连接端，根据磁平衡原理，电流传感器3副方绕组W4中的 电流if-W3XIXR3/W4，电流I是变频器送给能量回馈器的电流，因此，if 电流正比于能量回馈器直流母线电流I。考虑到变频器某些情况下会吸收能 量回馈器的电能，因此if电流可正可负，为了正确检测能量回馈器回送还 是吸收电能，需要一个极性变换电路，当if电流为正时，if+大于零，送给 单片机4的模数转换输入口 A/D3，检测的电能是能量回馈器回送电网的电 能，当if电流为负时，if-大于零，送给单片机4的模数转换输入口 A/D2， 检测的电能是能量回馈器吸收电网的电能，由此可以保证电能测试装置检量 电能的准确性。所述的电压传感器2为零磁通电压传感器，所述的电流传感 器3为零磁通电流传感器。参见图5，所述单片机4上设置有三个模数转换输入口A/D1、A/D2、A/D3， 一个模数转换输入口 A/D1与电压传感器2的输出端连接，另两个模数转换 输入口 A/D2、 A/D3经极性变换器5与电流传感器3的输出端连接，单片机4 的输出端连接有数码显示器6和/或设置有串行通讯输出口 RT。单片机4上连接有极性变换器5和数码显示器6。极性变换器5将可正 可负的if电流转变为大于零的单极性电流-Uif或+Uif送给单片机4上的模 数转换输入口 A/D2或A/D3，电压传感器2输出的单极性电压Uf送给A/D1 检测口 ，单片机4上的A/D输入口采样能量回馈器直流母线上的端电压信号和电流信号，通过极性判断、瞬时值计算积分以及标度变换可以获得能量回馈器回送电网的交流电能值。单片机4通过数码显示器6如数码管可以实时 显示能量回馈器回送电网的电功率、电度值和电能性质等等参数，还可以通 过串行通讯输出口 RT将检测到的电能值远传给集中监控系统。本实用新型能量回馈器电能检测装置在能量回馈器与22KW变频器配套 中进行电能的检测。高压直流开关电源1的两输入端分别并联在变频器直流 母线的P端和N端上，高压直流开关电源1中的原方绕组通过功率管Tl外 加直流电压可以高达800V,通过检测副方反馈绕组+E2的输出电压，经控制 环与驱动电路，控制功率管T1的开关占空比，自动稳定高压直流开关电源l 副方三路低压隔离电源(+15V、 -15V、 +3.3V)的电压值，供本检测装置工 作使用。电压传感器2采用原方Wl/副方W2=5ma/25ma的变比，与电压传感 器3串联的电阻R1取值为160K，图3中采样电阻R2取值为0.13K,当变 频器直流母线Upn最高达800V时，电压传感器2输出电压3.25V,电流传 感器采用原方W3/副方W4=50a/50ma的变比，图4中电流信号采样电阻R3 取值为0.1K,当能量回馈器最大回馈电流30a时，电流传感器3输出电压 =3.00V,也未超过单片机4最高允许输入采样电压3. 3V。图4中电阻R4二 R5=10K， R6=R7=3K， 二极管Dl、 D2选用肖特基二极管，可以保证单片机4 不会承受低于-O.IV的负电压，使单片机4工作正常。单片机4接收电流传感器3的输出电压信号if ，通过极性变换器5将负 极性的电流采样信号转变为正极性信号送给单片微机模数转换输入口 A/D2、 A/D3，电压传感器2输出电压信号Uf直接送给单片机4r模数转换输入口 A/D1,单片机4采样电压、电流信号，通过极性判断、瞬时值计算积分以及 标度变换后可以获得能量回馈器回送电网的交流电能值，数码显示器6为6 个数码管，可以轮换显示能量回馈器回送给电网的电功率、电度值和工作状 态，并可以通过串行通讯输出口 RT向集中监控系统上传能量回馈器的各种 工况和回送给电网的电度值。
权利要求1.能量回馈器电能检测装置，包括电能测量部件，其特征在于所述的电能测量部件采用单片机(4)，单片机(4)的电源输入端与高压直流开关电源(1)连接，高压直流开关电源(1)的两输入端分别并联在变频器两端的直流母线(P、N)上，变频器两端的直流母线(P、N)上还并联有电压传感器(2)，在变频器与回馈器连接的直流母线正极端(N)上串联有电流传感器(3)，电压传感器(2)和电流传感器(3)的输出端分别接入单片机(4)。
2. 根据权利要求1所述的能量回馈器电能检测装置，其特征在于所述 的高压直流开关电源(1)中的驱动电路经功率管(Tl)连接原方绕组，在 副方设置有二组测量绕组(-El、 +E1)和一组反馈绕组(+E2)，两测量绕组(-El、 +E1)输出的电压相等且极性相反，反馈绕组(+E2)的输出端经控 制环与驱动电路连接。
3. 根据权利要求1所述的能量回馈器电能检测装置，其特征在于所述 的单片机(4)上设置有三个模数转换输入口 (A/D1、 A/D2、 A/D3), —个模 数转换输入口 (A/D1)与电压传感器(2)的输出端连接，另两个模数转换 输入口 (A/D2、 A/D3)经极性变换器(5)与电流传感器(3)的输出端连接， 单片机(4)的输出端连接有数码显示器(6)和/或设置有串行通讯输出口(RT)。
4. 根据权利要求1所述的能量回馈器电能检测装置，其特征在于所 述的电压传感器(2)为零磁通电压传感器，所述的电流传感器(3)为零磁 通电流传感器。
专利摘要能量回馈器电能检测装置，属于电量检测设备。单片机(4)的电源输入端与高压直流开关电源(1)连接，高压直流开关电源(1)的两输入端分别并联在变频器直流母线的两端(P、N)上，变频器直流母线的两端(P、N)上还并联有零磁通电压传感器(2)，在变频器与回馈器连接的直流母线正极端(N)上串联有零磁通电流传感器(3)，电压传感器(2)和电流传感器(3)的输出端分别接入单片机(4)。在直流母线侧检测电能，接线简单，可以适用于不同的电压等级。采用单片机(4)处理检测的电信号，电能数据通过数码显示器实时显示，还可通过串行通讯口上传给集中监控系统。检测信号的精度高、响应快并可与直流母线的强电隔离。
文档编号G01R21/133GK201173948SQ20082006582
公开日2008年12月31日 申请日期2008年3月5日 优先权日2008年3月5日
发明者张国良, 黄声华 申请人:黄声华;张国良