CN202042883U - 一种过流和过载保护电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种过流和过载保护电路，包括：最大值选择单元，以至少一个的多相(N相)电流信号电压为输入，并自动选择所述电流信号电压中瞬时值最大的作为输出(Um)；保护单元，与所述最大值选择单元的输出端电性连接，以所述最大值选择单元的输出(Um)为输入，当所述输出(Um)小于低限保护门槛电压(UL)时输出高电平，当所述输出(Um)大于或等于高限保护门槛电压(UH)时则立即输出低电平，如果所述输出(Um)在低限保护门槛电压(UL)和高限保护门槛电压(UH)之间，则延迟一段时间(T)后输出低电平。本实用新型实现了开关磁阻电动机用的过流和过载保护，电路简单，功能合理，动作可靠，有一定先进性和实用价值。

Description

一种过流和过载保护电路

技术领域

本实用新型涉及电路保护技术，特别是一种开关磁阻电动机用的过流和过载保护电路。 

背景技术

在开关磁阻电动机调速装置中，依靠改变功率逆变电路，功率开关的导通比，电动机相绕组中通有适当的脉冲电流，而产生该相的电磁转矩。各相轮流导通电动机转子就平稳的转动起来。然后通过电流和转速双闭环控制，使得转速调节器具有良好的性能。 

相电流值不能太大，否则会使功率开关和电机绕组过热，为了避免出现这种情况，装置中应设有过流和过载保护电路。一旦电流超限，就输出低电平信号，切断有关控制电路和主电路功率开关。 

现有开关磁阻电动机调速装置的过流保护是分相进行的。把检测到的相电流信号电压与各自用可变电阻给出的高限值比较，当达到高限值时比较器就立即输出低电平，加到推动信号形成电路的与门输入中，关闭推动信号的输出。 

现有开关磁阻电动机调速装置过载保护的输入信号则是电流环的给定电压，此信号比较平稳，由转速调节器的输出变来，一般经过绝对值变换。当输入信号达到高限给定值时，就输出低电平信号向单片机传送。在延迟一个固定的时间后，从角位移传感器测得，已被单片机变换的导通角信号就变为低电平，所有相的推动信号全被关闭。 

但是，在现有的过流和过载保护中，一方面过流给定较复杂，另一方面过载保护输入信号不直接反映相绕组中电流，可靠性成问题，而且时延不能 随着电流增大而减小。 

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种过流和过载保护电路，用于实现开关磁阻电动机的过流和过载保护。 

本实用新型的实施例提供了一种过流和过载保护电路，包括： 

最大值选择单元，以至少一个多相(N相)电流信号电压为输入，并自动选择所述电流信号电压中瞬时值最大的作为输出Um；保护单元，与所述最大值选择单元的输出端电性连接，以所述最大值选择单元的输出Um为输入，当所述输出Um小于低限保护门槛电压UL时输出高电平，当所述输出Um大于或等于高限保护门槛电压UH时则立即输出低电平，如果所述输出Um在低限保护门槛电压UL和高限保护门槛电压UH之间，则延迟一段时间T后输出低电平。 

进一步的，所述保护单元为随着输入的电压Um增大所述延迟时间T而减小的电路。 

进一步的，所述最大值选择单元包括N+1只运放，且N相电流信号电压作为输入，分别经过阻容低通滤波电路后，加至N只运放的同相输入端；所述N只运放的输出端接有由N只二极管及电阻R2接成的或门电路；所述或门电路的输出连至第N+1只运放的同相输入端；所述第N+1只运放接成作为输出级的跟随器，输出电压Um；同时所述第N+1只运放的输出端与所述N只运放的反相输入端间分别跨接有电阻，所述N只运放的输出端与反相输入端间则分别跨接有箝位二极管。 

进一步的，所述保护单元包括两只比较器，分别用于过流保护和过载保护，且所述两只比较器的同相输入端加有高限保护门槛电压UH，电阻R6和电阻R7串联后跨接在电源电压E与零端间，所述两只比较器输出端上接有上拉电阻R8，输出过流和过载保护电路的电平，输出端与同相输入端间跨接有正反馈用二极管D5；用于过流保护的比较器反相输入端直接加有所述最大值选择单元的 输出Um作为信号电压，在所述信号电压Um输入到用于过载保护的比较器反相输入端间，经过起延时作用的积分器。 

进一步的，所述两只比较器的同相输入端和输出端都分开，各有自己的给定高限保护门槛电压UH的分压电路、上拉电阻R8及正反馈用二极管。本实用新型提供了一种开关磁阻电动机用的过流和过载保护电路，电路简单，功能合理，动作可靠，有一定先进性和实用价值。 

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的过流和过载保护电路的结构框图； 

图2为本实用新型实施例提供的过流和过载保护电路中最大值选择单元的电路结构图； 

图3为本实用新型实施例提供的过流和过载保护电路中保护单元的电路结构图。 

具体实施方式

本实用新型为开关磁阻电动机用的一种过流和过载保护电路，如图1所示，由最大值选择单元和保护单元组成。最大值选择单元以N相电流信号电压Ua、Ub...为输入，在输出电动机电流信号电压Um时，自动选择Ua、Ub...中瞬时值较大的值。保护单元以Um为输入，在Um＜UL时输出高电平，在Um≥UH时立即输出低电平，如果Um在UL和UH之间，则延迟T时间后输出低电平。随着信号电压Um的增大，延迟时间T减小。 

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本实用新型作进一步的详细描述。 

最大值选择单元的电路不限，一种优选方案是用N+1只运放接成，Ua、Ub...等N个信号电压输入，分别经过阻容低通滤波电路后，加至N只运放N1a、N1b...的同相输入端。它们的输出端接有由N只二极管D2a、D2b...及电阻R2接成的或门电路。或门电路的输出连至运放N2的同相输入端。N2 接成作为输出级的跟随器，输出电压Um。同时N2输出端与N1a、N1b...反相输入端间分别跨接有电阻R1a、R1b...，N1a、N1b...的输出端与反相输入端间则分别跨接有箝位二极管D1a、D1b...，同各个箝位二极管的阴极与阳极相接。 

如图2所示，为N＝3时最大值选择单元的电路，适用于3相开关磁阻电动机。Ua、Ub和Uc信号电压为输入，经过阻容低通滤波电路后，加至运放N1a、N1b和N1c同相输入端，运放的输出端接有由二极管D2a、D2b和D2c及电阻R2接成的或门电路。或门电路的输出连至运放N2的同相输入端。N2接成作为输出级的跟随器，输出电压Um；同时N2输出端与N1a、N1b和N1c反相输入端间分别跨接有电阻R1a、R1b和R1c，N1a、N1b和N1c的输出端与反相输入端间分别跨接有箝位二极管D1a、D1b和D1c，同各个箝位二极管的阴极与阳极相接。 

假定Ua的瞬时值比Ub和Uc大，按照图2示接法则D2a导通，D1a断开，N1a输出电压为Um+ΔU2a＝Ua+ΔU1a，式中ΔU2a为D2a的正向压降，ΔU1a为D1a的正向压降；同时D2b和D2c断开，D1b和D1c导通，N1b和N1c的输出电压分别为Ub-ΔU1b和Uc-ΔU1c，式中ΔU1b和ΔU1c分别为D1b和D1c正向压降。 

保护单元的主要器件是两只比较器和一只运放，其电路一般如图3所示，比较器N4a和N4b的输出端和同相输入端各自接在一起，输出端上接有上拉电阻R8，输出过流和过载保护电路的电平，同相输入端加有电压R7*E/(R6+R7)＝UH，输出端与同相输入端间跨接有正反馈用二极管D5，同D5的阴极与阳极相连。 

比较器N4b用于过流保护，反相输入端直接加有信号电压Um，在Um＜UH时N4b输出高电平。在Um≥UH时输出电平从高变低，变化后N4同相输入端电压变为ΔU5+ΔU，此处ΔU5和ΔU分别为D5正向压降和比较器低电平输出电压。可见比较器电路有回差UH-(ΔU5+ΔU)。在Um≤ΔU5+ΔU后自复位。 

比较器N4a用于过载保护，在Um输入到N4a反相输入端间，经过起延时作用的积分器。该积分器由运放N3接成，电阻R3和R4串联后跨接在电源电压E与零端间，阻值满足R4/(R3+R4)＝UL/E，R3和R4的连接点与N3反相输入端间跨接有电阻Rx，N3的反相输入端与输出端间跨接有极性电容C1和二极管D3的并联电路，C1正端和D3阴极接输出，另一端接反相输入端。N3输出端与二极管D4阴极相连，D4阳极接有上拉电阻R5并作为积分器的输出接至比较器N4a的反相输入端。 

在U_m＜U_L时，二极管D₃和D₄导通N_4a反相输入端上电压U₁＝U_m+ΔU₄-ΔU₃，式中ΔU₄和ΔU₃分别是D₄和D₃的正向压降，近似相等，可以消去，U₁≈U_m。 

在U_m≥U_L后，二极管D₄仍导通，二极管D₃已关断，由于C₁上的初始电压为-ΔU₃，可得N_4a反相输入端电压  $U_1=U_L+\frac{1}{C_1}{\∫}_0^t\frac{U_m-U_L}{R_5^{\′}+R_X}\mathrm{dt}+{\mathrm{\ΔU}}_4-{\mathrm{\ΔU}}_3\≈U_L+\frac{1}{C_1}{\∫}_0^t\frac{U_m-U_L}{R_5^{\′}+R_X}\mathrm{dt},$ 式中 $R_5^{\′}=\frac{R_4{R}_5}{R_4+R_5}.$

在U₁＜U_H时，比较器N_4a的内部输出三极管关断。如果t＝T，U₁＝U_H，N_4a内部输出三极管导通，则可得 

假设U_m不变，就可解得T＝(U_H-U_L)C₁(R′₅+R_X)/(U_m-U_L)，随着U_m的加大，显然T不断减小。 

低限保护门槛电压UL和高限保护门槛电压UH的确定基于该开关磁阻电动机的电机功率和额定转速等参数，不同电动机的UL和UH取值是不同的。 

该保护单元的两个比较器也可改为分开工作。这时N4a和N4b的同相输入端、输出端都分开，各有自己的给定UH的分压电路、上拉电阻及正反馈二极管，这样一来，虽然所用电阻和二极管要多些，但过流故障和过载故障输出信号分开，有利于故障分析。 

总之，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实 +30用新型的保护范围。 

Claims (6)

1.一种过流和过载保护电路，其特征在于，包括：

最大值选择单元，以至少一个的N相电流信号电压为输入，并自动选择所述电流信号电压中瞬时值最大的作为输出(Um)；

保护单元，与所述最大值选择单元的输出端电性连接，以所述最大值选择单元的输出(Um)为输入。

2.根据权利要求1所述的保护电路，其特征在于，所述保护单元为随着输入的电压(Um)增大所述延迟时间(T)而减小的电路。

3.根据权利要求1或2所述的保护电路，其特征在于，所述最大值选择单元包括N+1只运放，且

N相电流信号电压作为输入，分别经过阻容低通滤波电路后，加至N只运放的同相输入端；

所述N只运放的输出端接有由N只二极管及电阻R2接成的或门电路；

所述或门电路的输出连至第N+1只运放的同相输入端；

所述第N+1只运放接成作为输出级的跟随器，输出电压(Um)；

同时所述第N+1只运放的输出端与所述N只运放的反相输入端间分别跨接有电阻，所述N只运放的输出端与反相输入端间则分别跨接有箝位二极管。

4.根据权利要求3所述的保护电路，其特征在于，所述保护单元包括两只比较器，分别用于过流保护和过载保护，且

所述两只比较器的同相输入端加有高限保护门槛电压(UH)，电阻R6和电阻R7串联后跨接在电源电压(E)与零端间，所述两只比较器输出端上接有上拉电阻R8，输出过流和过载保护电路的电平，输出端与同相输入端间跨接有正反馈用二极管D5；

用于过流保护的比较器反相输入端直接加有所述最大值选择单元的输出(Um)作为信号电压，在所述信号电压(Um)输入到用于过载保护的比较器反相输入端间，经过起延时作用的积分器。 

5.根据权利要求4所述的保护电路，其特征在于，所述积分器包括积分器运放N3，且

电阻R3和电阻R4串联后跨接在电源电压E与零端间，所述电阻R3和电阻R4的连接点与所述积分器运放N3反相输入端间跨接有电阻Rx；

所述积分器运放N3的反相输入端与输出端间跨接有极性电容C1和二极管D3的并联电路，所述极性电容C1正端和二极管D3阴极接所述积分器运放N3输出端，另一端接反相输入端；

所述积分器运放N3输出端与另一只二极管D4阴极相连，该二极管D4阳极接有上拉电阻R5并作为积分器的输出接至用于过载保护的比较器的反相输入端。

6.根据权利要求5所述的保护电路，其特征在于，所述两只比较器的同相输入端和输出端都分开，各有自己的给定高限保护门槛电压(UH)的分压电路、上拉电阻R8及正反馈用二极管。 

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