一种中高压固态软起动器故障监测保护装置的制作方法

1.本实用新型涉及电机软起动应用，更具体地说，它涉及一种中高压固态软起动器故障监测保护装置。


背景技术：

2.中高压固态软起动器，以下简称为起动器，其主回路由多只反并联晶闸管、高压真空接触器等高压器件组成。其中，高压固态软起动器的重大故障通常为高压器件失效或击穿、其表面散热器温度异常，这些故障均会导致起动器故障率过高、高压电机容易被损坏的问题。因此需要对起动器的主要高压器件的工作状态进行有效的监测，以提前进行故障报警及保护，防止事故的扩大化。现有的起动器故障监测技术采用的检测电路中，必须使用附加的耦合电源为检测集成芯片供电，同时需要通过电压互感器采样电压信号，从而导致了检测电路的功率过大、体积过大的问题，不仅利于检测电路的安装，同时还需增加额外的散热装置为检测电路进行散热。


技术实现要素：

3.本实用新型要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种中高压固态软起动器故障监测保护装置，解决了现有的检测电路功率、体积过大导致安装不便且需要增加额外散热装置的问题。
4.本实用新型的技术方案是在于：一种中高压固态软起动器故障监测保护装置，包括多个前端采样模块以及一个后端处理模块；多个所述前端采样模块的输入端与多个高压器件一一对应连接，多个所述前端采样模块与后端处理模块连接，所述后端处理模块的多个输出端与多个高压器件一一对应连接；所述前端采样模块包括整流桥转换单元、电压采样单元、温度采样单元、脉冲调制单元；所述后端处理模块包括控制处理单元和故障保护单元；所述整流桥转换单元的输入端与高压器件的两端电性连接，所述温度采样单元安装在高压器件上，所述整流桥转换单元的输出端分别与电压采样单元和温度采样单元电性连接，所述电压采样单元的输出端与脉冲调制单元的输入端电性连接，所述温度采样单元和脉冲调制单元均通过光纤转输单元与控制处理单元电性连接，所述控制处理单元与故障保护单元电性连接，所述故障保护单元的控制端与高压器件的供电线路电性连接。
5.作进一步的改进，所述电压采样单元包括数据转换芯片和第三电阻；所述第三电阻的一端与整流桥转换单元的输出端电性连接，所述第三电阻的另一端与数据转换芯片的控制端电性连接，且所述第三电阻和数据转换芯片的连接端通过并联连接的第三电容、第七电阻和第三稳压二极管接地。
6.进一步的，所述脉冲调制单元包括第一电容、第五电阻、第五二极管和三极管；所述第一电容的一端与数据转换芯片的频率输出端电性连接，所述第一电容的另一端与三极管的基极电性连接，且所述第一电容与三极管的连接端通过并联连接的第五电阻、第五二极管接地，所述三极管的集电极与光纤转输单元的第一数据输入端电性连接。
7.更进一步的，所述数据转换芯片为cd4046芯片。
8.更进一步的，所述温度采样单元包括温度开关和第二电阻；所述温度开关的一端与整流桥转换单元的输出端电性连接，所述温度开关的另一端通过第二电阻与光纤转输单元的第二数据输入端电性连接。
9.更进一步的，所述故障保护单元包括第一驱动芯片、第二驱动芯片、报警器、第一继电器和第二继电器；所述第一驱动芯片的输入端与控制处理单元的输出端电性连接，所述第一驱动芯片的输出端与第二驱动芯片的输入端电性连接，所述第二驱动芯片的其中一个输出端与第一继电器的控制触点电性连接，所述第二驱动芯片的另一个输出端与第二继电器的控制触点电性连接，所述第一继电器的开关触点与报警器电性连接，所述第二继电器的开关触点与高压器件的供电线路电性连接。
10.更进一步的，所述整流桥转换单元通过第一储能单元与电压采样单元的电源端电性连接，所述整流桥转换单元通过第二储能单元与光纤转输单元的电源端电性连接。
11.本实用新型的优点在于：通过电性连接在电压采样单元、温度采样单元与高压器件之间的整流桥转换单元，实现了对电压采样单元和温度采样单元的供电，以及高压器件两端电压及其表面温度的采样。本实用新型解决了现有的检测电路通过耦合电源供电以及电压互感器采样造成检测电路功率大、体积大的问题。电压采样单元、温度采样单元通过控制处理单元与故障保护单元电性连接，且故障保护单元连接在高压器件上，实现了对高压器件的过压以及超温的检测和保护，提高了起动器在使用过程中的可靠性。此外，电压采样单元、温度采样单元通过光纤转输单元与控制处理单元电性连接，使检测电路的高低压区域进行了有效的分隔，保证了控制处理单元以及故障保护单元稳定可靠的工作，进一步提高了起动器的可靠性。
附图说明
12.图1为本实用新型所述的保护装置原理框图；
13.图2为本实用新型的前端采样模块与后端处理模块的连接电路图；
14.图3为本实用新型的前端处理模块的电路结构示意图；
15.图4为本实用新型的光纤接收器及其外围电路的连接结构示意图；
16.图5为本实用新型的控制处理单元的电路图；
17.图6为本实用新型的故障保护单元的电路图。
18.其中：1
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高压器件、2
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整流桥转换单元、3
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电压采样单元、4
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温度采样单元、5
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脉冲调制单元、6
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控制处理单元、7
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故障保护单元、8
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光纤转输单元、9前端采样模块、10
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后端处理模块、r1
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第一电阻、r2
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第二电阻、r3
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第三电阻、r4
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第四电阻、r5
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第五电阻、r6
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第六电阻、r7
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第七电阻、r8
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第八电阻、r9
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第九电阻、c1
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第一电容、c2
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第二电容、c3
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第三电容、c4
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第四电容、c5
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第五电容、u1
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数据转换芯片、u2
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第一驱动芯片、u3
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第二驱动芯片、u4
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单片机、op1
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光纤发射器、op2
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光纤接收器、j1
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第一继电器、j2
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第二继电器、wk1
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温度开关、zd1
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第一稳压二极管、zd2
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第二稳压二极管、zd3
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第三稳压二极管、zd4
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第四稳压二极管、d5
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第五二极管、q1
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三极管、led2
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第二指示灯、vd1
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桥式整流器。
具体实施方式
19.下面结合实施例，对本实用新型作进一步的描述，但不构成对本实用新型的任何限制，任何人在本实用新型权利要求范围所做的有限次的修改，仍在本实用新型的权利要求范围内。
20.参阅图1和图2，本实用新型的一种中高压固态软起动器故障监测保护装置，包括多个前端采样模块9以及一个后端处理模块10。多个前端采样模块9的输入端与多个高压器件1一一对应连接，多个前端采样模块9与后端处理模块10连接，后端处理模块10的多个输出端与多个高压器件1一一对应连接。具体的，前端采样模块9包括整流桥转换单元2、电压采样单元3、温度采样单元4、脉冲调制单元5。后端处理模块10包括控制处理单元6和故障保护单元7。整流桥转换单元2的输入端与高压器件1的两端电性连接，温度采样单元4安装在高压器件1上，整流桥转换单元2的输出端分别与电压采样单元3和温度采样单元4电性连接，电压采样单元3的输出端与脉冲调制单元5的输入端电性连接，温度采样单元4和脉冲调制单元5均通过光纤转输单元8与控制处理单元6电性连接，控制处理单元6与故障保护单元7电性连接，故障保护单元7的控制端与高压器件1的供电线路电性连接。本实施例的整流桥转换单元2、电压采样单元3、温度采样单元4、脉冲调制单元5和光纤转输单元8为保护装置的前端采样部分，用于实现对高压器件1的电压、温度的采样。控制处理单元6和故障保护单元7为保护装置的后端处理部分，用于监控高压器件1的状态，并在其出现过压或超温时，实现对高压器件1的断电保护，同时报警。
21.参阅图3，本实施例中，整流桥转换单元2包括桥式整流器vd1和第一电阻r1。桥式整流器vd1的输入端与高压器件1的两端电性连接，桥式整流器vd1的输出端与第一电阻r1的一端电性连接，第一电阻r1的另一端分别与电压采样单元3、温度采样单元4的输入端电性连接。其中，第一电阻r1为高压电阻。由于高压器件1两端的电压较高，如晶闸管两端的交流电压在ac500v
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6500v之间，因此需要通过高压电阻对整流后的直流电进行降压，以避免直流电的电压过高导致数据转换芯片u1被击穿的问题。
22.电压采样单元3包括数据转换芯片u1和第三电阻r3。第三电阻r3的一端与第一电阻r1电性连接，第三电阻r3的另一端与数据转换芯片u1的控制端电性连接，且第三电阻r3和数据转换芯片u1的连接端通过并联连接的第三电容c3、第七电阻r7和第三稳压二极管zd3接地。数据转换芯片u1的控制端采样经第三电阻r3和第七电阻r7分压后的电压，实现了电压的采样。第三稳压管zd3、第三电容c3与第七电阻r7并联连接，其主要是防止第七电阻r7两端出现电压过大或干扰电压，从而造成数据转换芯片u1的损坏。
23.脉冲调制单元5包括第一电容c1、第五电阻r5、第五二极管d5和三极管q1。第一电容c1的一端与数据转换芯片u1的频率输出端电性连接，第一电容c1的另一端与三极管q1的基极电性连接，且第一电容c1与三极管q1的连接端通过并联连接的第五电阻r5、第五二极管d5接地，三极管q1的集电极与光纤转输单元8的第一数据输入端电性连接。第一电容c1与第五电阻r5组成脉冲调宽电路。数据转换芯片u1根据采样电压输出相应的方波信号，该方波信号经过脉冲调宽电路变成窄波脉冲信号，并通过三极管q1的放大后作用于光纤转输单元8。与第五电阻r5并联的第五二极管d5是为了防止三极管q1的基极和发射极的两端受到外部干扰时出现损坏的现象。
24.优选的，数据转换芯片u1为cd4046芯片。cd4046芯片是v/f转换芯片，其是通用的
cmos锁相环集成电路。它的特点是电源电压范围宽，在3v
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18v之间，输入阻抗高约100mω，动态功耗小。当其中心频率为10khz时，功耗仅为600μw。cd4046芯片的引脚上连接的第六电阻r6以及第二电容c2组成了电压转频率电路，即第六电阻r6及第二电容c2的值决定了采样电压转换后频率的大小。
25.温度采样单元4包括温度开关wk1和第二电阻r2。温度开关wk1的一端与第一电阻r1电性连接，温度开关wk1的另一端通过第二电阻r2与光纤转输单元8的第二数据输入端电性连接。参阅图4，光纤转输单元8包括光纤发射器op1和光纤接收器op2。其中，光纤发射器op1为hfbr
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1412；光纤接收器op2为hfbr
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2412。三极管q1的集电极以及第二电阻r2均连接到光纤发射器op1上。光纤接收器op2与控制处理单元6电性连接。参阅图5，控制处理单元6包括单片机，具体为stc15w108s。光纤接收器op2的输出端还设置有第八电阻r8、第九电阻r9以及第二指示灯led2。第九电阻r9的一端与光纤接收器op2的输出端电性连接，第九电阻r9通过串联连接的第八电阻r8和第二指示灯led2与光纤接收器op2的输出端电性连接，且第九电阻r9和第八电阻r8的连接端与直流电源连接。
26.优选的，整流桥转换单元2通过第二储能单元与光纤转输单元8的电源端电性连接。第二储能单元为光纤发送器提供电能。第二储能单元包括并联连接的第四电容c4和第二稳压二极管zd2。并联连接的第四电容c4和第二稳压二极管zd2的一端与第一电阻r1电性连接，另一端接地。第四电容c4为储能电容，其电压为第三电阻r3上的电压与第七电阻r7上的电压之和；第二稳压二极管zd2与第四电容c4并联，其主要是防止第四电容c4上的电压过高。
27.整流桥转换单元2通过第一储能单元与电压采样单元3的电源端电性连接。即第一储能单元为数据转换芯片u1进行供电。第一储能单元包括第四电阻r4、第五电容c5和第一稳压二极管zd1。第五电容c5为储能电容，第四电阻r4为限流电阻；第一稳压二极管zd1与第五电容c5并联，用于防止第五电容c5上的电压过高。
28.参阅图6，故障保护单元7包括第一驱动芯片u2、第二驱动芯片u3、报警器、第一继电器j1和第二继电器j2。第一驱动芯片u2的输入端与单片机u4的输出端电性连接，第一驱动芯片u2的输出端与第二驱动芯片u3的输入端电性连接，第二驱动芯片u3的其中一个输出端与第一继电器j1的控制触点电性连接，第二驱动芯片u3的另一个输出端与第二继电器j2的控制触点电性连接，第一继电器j1的开关触点与报警器电性连接，第二继电器j2的开关触点与高压器件1的供电线路电性连接。
29.本实用新型的工作原理是：温度开关wk1安装在高压器件1的散热器上。当散热器的温度正常时，温度开关wk1为常闭状态。并且当高压器件1两端的电压正常时，数据转换芯片u1通过第三电阻r3和第七电阻r7采样到的电压在正常范围内，数据转换芯片u1的频率输出端输出频率信号，通过脉冲调制单元5的调制后作用于光纤发射器op1，使光纤发射器op1发出光信号。光纤接收器op2接收到光信号后发出信号至单片机u4，且单片机u4在接收到由光纤接收器op2发送来的信号时说明高压器件1处于正常状态，不输出信号至故障保护单元7。
30.当散热器上的温度超过设定温度时，温度开关wk1由常闭变成常开。由于温度开关wk1串在光纤发射器op1的供电线路上，因此，当温度开关wk1断开时，光纤发射器op1掉电，不再发出光信号。光纤接收器op2接收不到光信号后，不再输出信号至单片机u4，单片机u4
随即发出故障信号至故障保护单元7，实现在高压器件1出现温升过高的故障时及时对高压器件进行断电保护和报警。当高压器件1的两端电压出现过压时，击穿或温度异常时，光纤模块不发出光信号。
31.当高压器件1两端的电压出现过压时，数据转换芯片u1通过第三电阻r3和第七电阻r7采样到的电压超出数据转换芯片u1输出频率控制引脚的正常电压范围，数据转换芯片u1的频率输出端不在输出频率信号，从而使光纤发射器op1不再发出光信号。光纤接收器op2不接收到光信号后也停止输出信号至单片机u4，此时单片机u4的输出端输出控制信号至故障保护单元7。控制信号经过两个驱动芯片的放大后作用于两个继电器，断开高压器件1的供电线路同时通过报警器报警。
32.以上所述的仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出对于本领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些都不会影响本实用新型实施的效果和专利的实用性。