直流电源系统中过电压动作监测告警电路的制作方法

1.本实用新型涉及电力电子化直流电源系统，尤其涉及一种直流电源系统中过电压动作监测告警电路。


背景技术：

2.电力电子技术的应用领域已经十分广泛，与电能相关的行业均有其身影。确切地讲，离开电力电子技术的现代化电力系统建设，是无法实现的。电力电子化直流电源系统作为电力电子技术应用的一个重要领域，其广泛应用于直流输电、电气化铁道、直流电动机调速、同步发电机励磁、电镀、电解铝、电解食盐水等诸多行业。
3.电力电子化直流电源系统给生产和生活带来极大方便的同时，也引发了一系列的技术问题，比如产生过电压。如2021100801902专利文献中记载了电力电子化直流电源系统中过电压保护的触发电路，在该专利文献文件中详细公开了触发电路的保护机制。在电力电子化直流电源系统设计过程中，为有效抑制和监视过电压，对控制回路而言，除触发电路之外，过电压动作监测告警电路也是其中的重要组成部分。
4.传统的过电压动作监测告警电路，普遍存在工作原理和实现结构复杂、制造成本偏高、工作可靠性偏低等问题，结果直接影响到了电力电子化直流电源系统的过电压保护性能，甚至直接危及到与其相连的直流负载的设备安全。


技术实现要素：

5.实用新型目的：本实用新型目的是提供一种直流电源系统中过电压动作监测告警电路，电路结构简单可靠，为直流电源系统安全稳定的运行提供可直观感知的告警触发电路，实现实时监测与告警提醒。
6.技术方案：本实用新型提供一种直流电源系统中过电压动作监测告警电路，包括电力电子化的直流电源系统、触发电路、非线性电阻和直流负载，还包括电流互感器ct和监测告警电路，其中，监测告警电路包括检测电路、告警电路和指示电路，
7.非线性电阻与电流互感器ct串联，电流互感器ct的输出端与检测电路的输入端相连，检测电路的输出端与告警电路的输入端相连，告警电路的输出端与指示电路的输入端相连，
8.检测电路中设有过电压触发导通的开关元件，开关元件为告警电路提供导通电源条件，告警电路导通后触发指示电路中常开节点闭合，实现指示电路在过电压期间输出告警信号。
9.进一步地，检测电路的输入端节点1和2之间设有依次并联的电阻r1、电阻 r2、电容c1、电阻r4；在节点1至电阻r2支路侧，电阻r1和电阻r2之间接入反接串联的稳压二极管z1和二极管d1；在节点1至电阻r4支路侧，电容c1 和电阻r4之间串接电阻r3；电阻r4的两端并接达林顿管t1，达林顿管t1的基极和集电极相连，达林顿管t1的发射极接节点2；达林顿管t1的集电极为集电极节点3，达林顿管t1的发射极为发射极节点4。
10.进一步地，告警电路设有直流工作电源dc，在直流工作电源dc的正负极之间依次串接时间继电器k2常闭点、达林顿管t1的集电极节点3和发射极节点 4、继电器k1的线圈；时间继电器k2的线圈与继电器k1的线圈相并联，继电器k1的常开点为节点5和节点6。
11.进一步地，指示电路设有直流工作电源dc，在直流工作电源dc的正负极之间依次串接告警器件和继电器k1的常开节点5和节点6。
12.进一步地，告警器件包括蜂鸣器和指示灯。
13.进一步地，稳压二极管z1的稳压值低于系统中暂态过电压的幅值。
14.有益效果：与现有技术相比，本实用新型具有如下显著的优点：当电力电子化直流电源系统中产生过电压时，监测电路中的电子开关元件自动导通，随即依次触发导通告警电路和指示电路，告警元件做出警报提醒，实时监测电路运行状态，该电路结构简单可靠，设计精简，为电力电子化直流电源系统安全稳定运行提供重要保障。
附图说明
15.图1为本实用新型的过电压动作监测告警电路示意图；
16.图2为本实用新型的过电压动作监测电路；
17.图3为本实用新型的过电压动作告警电路；
18.图4为本实用新型的过电压动作灯光指示电路和声音指示电路；
19.图5为本实用新型的直流侧进行正向、负向双极性过电压保护的接线；
20.图6为本实用新型的直流侧进行正向单极性过电压保护的接线；
21.图7为本实用新型的直流侧进行负向单极性过电压保护的接线。
具体实施方式
22.下面结合附图对本实用新型的技术方案作进一步说明。
23.如图1所示，过电压动作监测告警电路由穿心式电流互感器ct、监测电路 jc、告警电路gj和指示电路构成。在电力电子化直流电源系统直流侧出现暂时过电压，并且达到过电压整定值时，触发电路输出触发信号给电力电子式开关s，使开关s导通，形成“直流电源系统
→
fr
→
s
→
直流电源系统
‑”
的暂时过电压回路，过电压在非线性电阻fr作用下，最终实现直流电源系统的直流侧电压最高值仅为fr两端的残压，暂时过电压得以抑制。与此同时，在暂时过电压抑制开始，上述暂时过电压回路中也就产生了暂时过电流，相应地，根据电磁感应定律，该突增的暂时过电流就会在电流互感器ct的正( )、负(
‑
)输出端产生突增的暂态过电压，该暂态过电压输出到监测电路jc的1、2输入端，监测电路jc 在此暂态过电压作用下其输出端3、4输出具有准继电器特性的闭合节点信号。相应地，告警电路gj在上述监测电路jc输出的闭合节点信号作用下，其输出端5、 6也输出具有继电器特性的闭合节点信号，该闭合节点信号可用于指示电路，以提醒人们直流电源系统直流侧有过电压动作情况的发生。
24.其中，直流电源系统直流侧出现的暂时过电压所引发的暂时电流，在流过穿心式电流互感器ct的一次绕组时，电流互感器的闭合铁芯中就激发出了暂态磁通，依据电磁感应定律可知，最终穿心式电流互感器ct的正( )、负(
‑
)输出端(即二次绕组，100匝)就生成出了暂态过电压。
25.过电压动作监测电路jc的电路图，如图2所示。表格1给出了一组过电压动作监测电路jc中主要元器件参数的优选选型。
26.表1监测电路jc主要元器件参数典型选型
27.标号型号/参数数量r110kω/2w1r25kω/0.25w1r3、r420ω/2w2c10.47uf/50v1z1z4ke1001d11n40071t12n60381
28.有关监测电路jc的实施过程和主要元器件参数选型，具体情况如下：为防止非严重过电压，或低幅值过电压信号的影响，以及避免监测电路jc中元器件选型和集成加工制造上的困难，需设计一个电压阈值，所以特别设置一只稳压管 z1，只有当暂态过电压的幅值大于稳压二极管z1的稳压值时，z1才导通，暂态过电压也才能够作用在达林顿管t1的基极和发射极之间，稳压管z1的稳压值可根据应用需要进行设定，比如100v，元件选型为z4ke100。为防止节点3、4所在回路中直流工作电源dc的电压反串到ct输入端，也特别设置一只单向导通的二极管d1，起隔断作用，为保守安全起见，可选型为具有高反向击穿电压型的 1n4007。
29.结合实验数据和工程经验，在直流电源系统直流侧出现过电压时，穿心式电流互感器ct二次绕组输出的过电压幅值不超过110v。在电阻r1选型时，可考虑一定的裕量，若过电压幅值取为120v。为减小电阻r1的功率，缩小体积，其阻值可选大一些，比如10kω，这样120v的暂态过电压作用在10kω的电阻 r1上，产生的功率为1202/10000＝1.44w，于是电阻r1的功率优选为2w。
30.由于暂态过电压高于100v时才能够作用于达林顿管t1，考虑一定裕量后暂态过电压取120v，再减去稳压管z1的稳压值100v，这样作用于电阻r2两端的过电压仅为20v，同理也为减少电阻r2的功率，缩小体积，其阻值可选大一些，比如5kω，这样20v的过电压作用在5kω的电阻r2上，产生的功率为 202/5000＝0.08w，于是电阻r2的功率优选为0.25w。为过滤过电压中的谐波成分，设置一只滤波电容c1，其电容值优选0.47uf，额定电压取50v。
31.暂态过电压经过稳压管z1降压100v之后，实际的暂态过电压幅值也就在 10v以内，再经过电阻r3和电阻r4的分压之后，电阻r4两端的过电压幅值，完全可以满足触发达林顿管t1的导通。为简单起见，电阻r3和电阻r4的阻值，可取一样，同理也为减少电阻r3和电阻r4的功率，缩小体积，其阻值也选大一些，比如20ω，这样作用在电阻r3或电阻r4两端的暂态过电压最高也就5v 这样的等级，相应地产生的功率为52/20＝1.25w，所以电阻r3和电阻r4的功率均可选为2w。
32.在达林顿管t1被暂态过电压触发导通后，其集电极和发射极工作在直流工作电源dc回路中，属于功率回路，而触发达林顿管t1导通的基极与发射极之间的电压信号属于小信号，前述的5v，因此，选用具有用小电流可以驱动大功率功能特征的达林顿管t1，不仅避免了选用大功率三极管需要用较大的基极电流来触发其导通的难题，也实现了用小信号控
制功率回路的目的。达林顿管t1型号优选为2n6038。上述的电阻r4两端的实际暂态过电压最高值5v，也在2n6038 型达林顿管t1的基极与发射机之间最高额定电压5v以内。另外，达林顿管t1 一旦被暂态过电压触发导通，直至直流电源系统直流侧过电压动作消失，或图3 中的直流工作电源dc失电，才截止关闭。
33.如图3所示的过电压动作告警电路gj，在直流电源系统直流侧有过电压动作发生，亦即在图2中的达林顿管t1被触发导通时，相应地图3中的常开节点3、 4闭合，在直流工作电源dc作用下，达林顿管t1被触发导通的状态得以保持，继电器k1和时间继电器k2两组继电器线圈也被得电激磁，继电器k1常开节点 5、6闭合，时间继电器k2开始计时，直至延迟
△
t时间，时间继电器k2常闭节点断开，图2中的达林顿管t1由于失去直流工作电源dc电压被截止关闭，继电器k1线圈失电，常开节点5、6复位，至此电力电子化直流电源系统中过电压动作监测告警任务结束，等待下一个直流电源系统直流侧过电压的发生。
34.图4给出了图1中指示电路的两种典型实现案例，分别起到实现灯光眼睛提示和声音耳朵提示的警示目的。
35.本实用新型适应于包括但不限于以下3种电力电子化直流电源系统中：直流侧进行正向、负向双极性过电压保护的应用场景，见图5所示；直流侧进行正向单极性过电压保护的应用场景，见图6所示；直流侧进行反向单极性过电压保护的应用场景，见图7所示。