CN111244884A - 一种输出端对地短路保护方法及装置 - Google Patents

一种输出端对地短路保护方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种输出端对地短路保护方法及装置,其包括:设置一个定时器,利用定时器产生占空比可调的PWM信号;通过PWM信号控制待检测相的单个上臂功率开关器件导通且关闭逆变桥其他的功率开关器件,同时检测直流母线正端电流值;判断占空比是否已经超过设定阈值b,本相线故障标志清除,检测所有相线;关断本次检测控制的功率开关器件,检测所有相线;判断所有相线的故障标志位,若全部没有故障,则返回检测成功‑无故障信号,若其中有存在故障的相线,则输出对应的故障相线信息。实施本发明,只使用一个电流采样装置即可可靠检出所有输出相线的对地短路故障,可靠性高、一致性好、成本低。

Description

一种输出端对地短路保护方法及装置
技术领域
本发明属于电路保护领域,涉及一种输出端对地短路保护方法及装置。
背景技术
在负载端接线或绕组绝缘失效或其他原因发生对地短路故障时,在逆变器输出端等效于对地短路,如不加以保护,仍按照正常情况控制逆变桥输出的话,会造成逆变桥输出电流激增达到短路电流,极易损坏逆变桥功率开关器件甚至引发火灾等灾害;另外,对地漏电流也会急剧增大,造成设备金属壳带电,严重威胁操作人员人身安全。
如图1所示,传统检测方案将电流检测装置放在输出相线上,只能可靠的检测有传感器的那一相是否对地短路,而没有电流传感器的其他输出相则需要依赖外部电路形成回路才能检出对地短路故障,不稳定因素较高,不能可靠使用,如想可靠检出所有输出相对地短路故障则必须在每一输出相多转置电流传感器,其成本较高、一致性差、实用性低。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题在于,提供一种输出端对地短路保护方法及装置,解决现有技术中只能检测有传感器的一相是否短路,不稳定因素较高,不能可靠使用,成本高,实用性低的问题。
本发明提供一种输出端对地短路保护方法,其包括如下步骤:
步骤S1,设置一个定时器,利用定时器产生占空比可调的PWM信号;
步骤S2,通过PWM信号控制待检测相的单个上臂功率开关器件导通且关闭逆变桥其他的功率开关器件,同时检测直流母线正端电流值,若电流值小于设定阈值a,则进行步骤S3,若电流值大于设定阈值a,则进行步骤S4;
步骤S3,判断占空比是否已经超过设定阈值b,若未超过设定阈值b,则增大占空比并执行步骤S2,若占空比超过设定阈值b,则关断本次检测控制的功率开关器件,本相线故障标志清除,若所有相线都检测完毕,则置位检测完成信号,执行步骤S5,若相线存在未检测完,则初始化占空比为1%并将PWM控制信号输出到下一个待检测相,并进行步骤S2;
步骤S4,关断本次检测控制的功率开关器件,本相线故障标志置位,若所有相线都检测完毕,则置位检测完成信号进行步骤S5,若相线存在未检测完,则初始化占空比为1%并将PWM控制信号输出到下一个待检测相,并进行步骤S2;
步骤S5,判断所有相线的故障标志位,若全部没有故障,则返回检测成功-无故障信号,若其中有存在故障的相线,则输出对应的故障相线信息。
进一步,在步骤S1中,所述定时器为微控制器芯片的标准外设或FPGA芯片搭建的片内逻辑电路,用以通过IO引脚输出PWM信号,且其PWM的频率和占空比可调整。
进一步,所述PWM信号的频率设置范围为不小于1kHz且不超过50kHz,初始占空比设置为1%。
进一步,所述PWM信号控制待检测相的单个上臂功率开关器件导通且关闭逆变桥其他的功率开关器件具体包括:
若待检相为U相,则使用PWM信号控制导通Q1,主逆变桥其他开关器件关断;
若待检相为V相,则使用PWM信号控制导通Q2,主逆变桥其他开关器件关断;
若待检相为W相,则使用PWM信号控制导通Q3,主逆变桥其他开关器件关断。
进一步,在步骤S2中,所述设定阈值a为小于输出相线对地短路时对应的电流值,通过理论分析和短路试验综合得出,所述设定阈值a的范围为输出对地短路情况的最小电流值的90%以下。
进一步,在步骤S3中,所述设备阈值b用以检出短路电流的最小占空比,其大小根据所述PWM信号的频率调整,当PWM占空比达到设定阈值b时,其最小值使功率开关器件能导通5ms以上,其最大值使功率开关器件能一直导通。
实施本发明实施例,还提供一种输出端对地短路保护装置,用以实现如下方法:步骤S1,设置一个定时器,利用定时器产生占空比可调的PWM信号;
步骤S2,通过PWM信号控制待检测相的单个上臂功率开关器件导通且关闭逆变桥其他的功率开关器件,同时检测直流母线正端电流值,若电流值小于设定阈值a,则进行步骤S3,若电流值大于设定阈值a,则进行步骤S4;
步骤S3,判断占空比是否已经超过设定阈值b,若未超过设定阈值b,则增大占空比并执行步骤S2,若占空比超过设定阈值b,则关断本次检测控制的功率开关器件,本相线故障标志清除,若所有相线都检测完毕,则置位检测完成信号,执行步骤S5,若相线存在未检测完,则初始化占空比为1%并将PWM控制信号输出到下一个待检测相,并进行步骤S2;
步骤S4,关断本次检测控制的功率开关器件,本相线故障标志置位,若所有相线都检测完毕,则置位检测完成信号进行步骤S5,若相线存在未检测完,则初始化占空比为1%并将PWM控制信号输出到下一个待检测相,并进行步骤S2;
步骤S5,判断所有相线的故障标志位,若全部没有故障,则返回检测成功-无故障信号,若其中有存在故障的相线,则输出对应的故障相线信息。
该装置包括:
电流传感器T1,用以设置主逆变桥与主电容组C1之间的直流母线正端;
电流采样器件,用以匹配电流传感器T1的采样电路,将电流传感器T1采集到的电流信息转换为主控制单元所能使用的信号;
功率开关器件驱动电路,用以控制主逆变桥单个功率开关器件导通与关断且使用PWM信号进行驱动。
进一步,该装置还包括:电压采样电路,用以采集主电容组C1两端的电压值;
继电器K1,用以根据主电容组C1两端的电压值控制闭合,将R1从电路中等效切除。
进一步,所述电流传感器T1包括霍尔电流传感器或串联采样电阻的电流采样装置。
进一步,所述继电器K1闭合且主电容组C1两端的电压为额定电压。
实施本发明实施例,具有如下有益效果:
本发明实施例提供的输出端对地短路保护方法及装置,只使用一个电流采样装置即可可靠检出所有输出相线的对地短路故障,可靠性高、一致性好、成本低,输出相数越多成本优势越明显;有效避免输出端接线错误导致的设备初次运行即被损坏的情况,及长时停机后由于线路浸油或其他因素导致绝缘失效等重开机时设备损坏。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,根据这些附图获得其他的附图仍属于本发明的范畴。
图1为现有技术中所述传统检测方案的示意图。
图2为本发明提供的输出端对地短路保护方法的一个实施例的主流程示意图。
图3为本发明提供的输出端对地短路保护方法的逻辑示意图。
图4为本发明提供的输出端对地短路保护装置的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
如图2所示,是出了本发明提供的输出端对地短路保护方法的一个实施例的主流程示意图,在本实施例中,如图2和图3所示,所述方法包括如下步骤:
步骤S1,设置一个定时器,利用定时器产生占空比可调的PWM信号;
具体一个实施例中,所述定时器为微控制器芯片的标准外设或FPGA芯片搭建的片内逻辑电路,例如MCU或DSP,用以通过IO引脚输出PWM信号,且其PWM的频率和占空比可调整;所述PWM信号的频率设置范围为不小于1kHz且不超过50kHz,初始占空比设置为1%。
步骤S2,通过PWM信号控制待检测相的单个上臂功率开关器件导通且关闭逆变桥其他的功率开关器件,同时检测直流母线正端电流值,若电流值小于设定阈值a,则进行步骤S3,若电流值大于设定阈值a,则进行步骤S4;
具体一个实施例中,所述PWM信号控制待检测相的单个上臂功率开关器件导通且关闭逆变桥其他的功率开关器件具体包括:若待检相为U相,则使用PWM信号控制导通Q1,主逆变桥其他开关器件关断;若待检相为V相,则使用PWM信号控制导通Q2,主逆变桥其他开关器件关断;若待检相为W相,则使用PWM信号控制导通Q3,主逆变桥其他开关器件关断。
具体的,所述设定阈值a为小于输出相线对地短路时对应的电流值,通过理论分析和短路试验综合得出,所述设定阈值a的范围为输出对地短路情况的最小电流值的90%以下。
步骤S3,判断占空比是否已经超过设定阈值b,若未超过设定阈值b,则增大占空比并执行步骤S2,若占空比超过设定阈值b,则关断本次检测控制的功率开关器件,本相线故障标志清除,若所有相线都检测完毕,则置位检测完成信号,执行步骤S5,若相线存在未检测完,则初始化占空比为1%并将PWM控制信号输出到下一个待检测相,并进行步骤S2;
具体一个实施例中,所述设备阈值b用以检出短路电流的最小占空比,其大小根据所述PWM信号的频率调整,当PWM占空比达到设定阈值b时,其最小值使功率开关器件能导通5ms以上,其最大值使功率开关器件能一直导通。
步骤S4,关断本次检测控制的功率开关器件,本相线故障标志置位,若所有相线都检测完毕,则置位检测完成信号进行步骤S5,若相线存在未检测完,则初始化占空比为1%并将PWM控制信号输出到下一个待检测相,并进行步骤S2;
具体的,在对某相进行检测时,所述PWM占空比为从较小的值递增到较大的值。
步骤S5,判断所有相线的故障标志位,若全部没有故障,则返回检测成功-无故障信号,若其中有存在故障的相线,则输出对应的故障相线信息。
如图4所示,本发明还提供了一种输出端对地短路保护装置,用以实现如下方法:
步骤S1,设置一个定时器,利用定时器产生占空比可调的PWM信号;
步骤S2,通过PWM信号控制待检测相的单个上臂功率开关器件导通且关闭逆变桥其他的功率开关器件,同时检测直流母线正端电流值,若电流值小于设定阈值a,则进行步骤S3,若电流值大于设定阈值a,则进行步骤S4;
步骤S3,判断占空比是否已经超过设定阈值b,若未超过设定阈值b,则增大占空比并执行步骤S2,若占空比超过设定阈值b,则关断本次检测控制的功率开关器件,本相线故障标志清除,若所有相线都检测完毕,则置位检测完成信号,执行步骤S5,若相线存在未检测完,则初始化占空比为1%并将PWM控制信号输出到下一个待检测相,并进行步骤S2;
步骤S4,关断本次检测控制的功率开关器件,本相线故障标志置位,若所有相线都检测完毕,则置位检测完成信号进行步骤S5,若相线存在未检测完,则初始化占空比为1%并将PWM控制信号输出到下一个待检测相,并进行步骤S2;
步骤S5,判断所有相线的故障标志位,若全部没有故障,则返回检测成功-无故障信号,若其中有存在故障的相线,则输出对应的故障相线信息。
该装置包括:
电流传感器T1,用以设置主逆变桥与主电容组C1之间的直流母线正端;
电流采样器件,用以匹配电流传感器T1的采样电路,将电流传感器T1采集到的电流信息转换为主控制单元所能使用的信号;
功率开关器件驱动电路,用以控制主逆变桥单个功率开关器件导通与关断且使用PWM信号进行驱动,可使用PWM信号单独控制单个功率开关器件所,述功率开关器件为全控型电力电子器件,包括但不限于IGBT、MosFET。
具体实施例中,该装置还包括:电压采样电路,用以采集主电容组C1两端的电压值;继电器K1,用以根据主电容组C1两端的电压值控制闭合,将R1从电路中等效切除。
具体的,所述电流传感器T1包括霍尔电流传感器或串联采样电阻的电流采样装置,电流传感器T1在直流母线正端,包括但不限于串联采样电阻、使用霍尔电流采样元件。
更具体的,所述继电器K1闭合且主电容组C1两端的电压为额定电压。
更多的细节,可以参照并结合前述对附图的描述,在此不进行详述。
实施本发明实施例,具有如下有益效果:
本发明实施例提供的输出端对地短路保护方法及装置,只使用一个电流采样装置即可可靠检出所有输出相线的对地短路故障,可靠性高、一致性好、成本低,输出相数越多成本优势越明显;有效避免输出端接线错误导致的设备初次运行即被损坏的情况,及长时停机后由于线路浸油或其他因素导致绝缘失效等重开机时设备损坏。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已,当然不能以此来限定本发明之权利范围,因此依本发明权利要求所作的等同变化,仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种输出端对地短路保护方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤S1,设置一个定时器,利用定时器产生占空比可调的PWM信号;
步骤S2,通过PWM信号控制待检测相的单个上臂功率开关器件导通且关闭逆变桥其他的功率开关器件,同时检测直流母线正端电流值,若电流值小于设定阈值a,则进行步骤S3,若电流值大于设定阈值a,则进行步骤S4;
步骤S3,判断占空比是否已经超过设定阈值b,若未超过设定阈值b,则增大占空比并执行步骤S2,若占空比超过设定阈值b,则关断本次检测控制的功率开关器件,本相线故障标志清除,若所有相线都检测完毕,则置位检测完成信号,执行步骤S5,若相线存在未检测完,则初始化占空比为1%并将PWM控制信号输出到下一个待检测相,并进行步骤S2;
步骤S4,关断本次检测控制的功率开关器件,本相线故障标志置位,若所有相线都检测完毕,则置位检测完成信号进行步骤S5,若相线存在未检测完,则初始化占空比为1%并将PWM控制信号输出到下一个待检测相,并进行步骤S2;
步骤S5,判断所有相线的故障标志位,若全部没有故障,则返回检测成功-无故障信号,若其中有存在故障的相线,则输出对应的故障相线信息。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,在步骤S1中,所述定时器为微控制器芯片的标准外设或FPGA芯片搭建的片内逻辑电路,用以通过IO引脚输出PWM信号,且其PWM的频率和占空比可调整。
3.如权利要求2所述的方法,其特征在于,在步骤S1中,所述PWM信号的频率设置范围为不小于1kHz且不超过50kHz,初始占空比设置为1%。
4.如权利要求3所述的方法,其特征在于,在步骤S2中,所述PWM信号控制待检测相的单个上臂功率开关器件导通且关闭逆变桥其他的功率开关器件具体包括:
若待检相为U相,则使用PWM信号控制导通Q1,主逆变桥其他开关器件关断;
若待检相为V相,则使用PWM信号控制导通Q2,主逆变桥其他开关器件关断;
若待检相为W相,则使用PWM信号控制导通Q3,主逆变桥其他开关器件关断。
5.如权利要求4所述的方法,其特征在于,在步骤S2中,所述设定阈值a为小于输出相线对地短路时对应的电流值,通过理论分析和短路试验综合得出,所述设定阈值a的范围为输出对地短路情况的最小电流值的90%以下。
6.如权利要求5所述的方法,其特征在于,在步骤S3中,所述设备阈值b用以检出短路电流的最小占空比,其大小根据所述PWM信号的频率调整,当PWM占空比达到设定阈值b时,其最小值使功率开关器件能导通5ms以上,其最大值使功率开关器件能一直导通。
7.一种输出端对地短路保护装置,用以实现如权利要求1至6任一所述的方法,其特征在于,包括:
电流传感器T1,用以设置主逆变桥与主电容组C1之间的直流母线正端;
电流采样器件,用以匹配电流传感器T1的采样电路,将电流传感器T1采集到的电流信息转换为主控制单元所能使用的信号;
功率开关器件驱动电路,用以控制主逆变桥单个功率开关器件导通与关断且使用PWM信号进行驱动。
8.如权利要求7所述的装置,其特征在于,还包括:
电压采样电路,用以采集主电容组C1两端的电压值;
继电器K1,用以根据主电容组C1两端的电压值控制闭合,将R1从电路中等效切除。
9.如权利要求8所述的装置,其特征在于,所述电流传感器T1包括霍尔电流传感器或串联采样电阻的电流采样装置。
10.如去权利要求7至9任一所述的装置,其特征在于,所述继电器K1闭合且主电容组C1两端的电压为额定电压。
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