一种基于变频器的电机接地故障侦测电路的制作方法

1.本实用新型涉及电子电路领域，尤其是一种基于变频器的电机接地故障侦测电路。


背景技术：

2.在各种工控机电力设备中，电机是最常使用的部件之一。但是随着使用时间的增长，电机可能因损坏、绝缘劣化、电缆破损或接线误操作引起电机接地故障。此时，不仅会影响电机的正常运行，更有可能危害到操作人员的人身安全。
3.若变频器中内含接地故障侦测电路，可停止驱动器输出，有效避免发生事故，因此该功能性电路具有广泛的应用前景。


技术实现要素：

4.本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种基于变频器的电机接地故障侦测电路。
5.本实用新型的技术方案如下：
6.一种基于变频器的电机接地故障侦测电路，包括依次相连的运算放大电路、电平比较电路、输出钳位电路和cpu，三相电流经过电流互感器后输出电压信号至运算放大电路，经运算放大电路相加并反向后输出对应的电压值，电平比较电路根据电压值是否在第一预设电压范围内输出相应的电平信号，输出钳位电路用于将电平信号钳位在第二预设电压范围内，并输出给cpu，cpu根据接收的电平信号控制pwm信号的通断。
7.其进一步的技术方案为，运算放大电路包括运算放大器、五个电阻和第一电容，运算放大器的反相输入端分别连接第一电阻至第四电阻的第一端和第一电容的第一端，第一电阻至第三电阻的第二端作为运算放大电路的三相输入端分别接收电压信号，第四电阻的第二端和第一电容的第二端连接运算放大器的输出端，运算放大电路的同相输入端通过第五电阻接地，运算放大电路的输出端连接电平比较电路的输入端。
8.其进一步的技术方案为，电平比较电路包括第一电平比较器、第二电平比较器、七个电阻、两个电容和两个钳位二极管，第一电平比较器的反相输入端分别连接第六电阻和第七电阻的第一端，第六电阻的第二端连接第一电源，第一电平比较器的同相输入端分别连接第八电阻和第九电阻的第一端，第八电阻的第二端作为电平比较电路的输入端接收运算放大电路输出的电压值，第九电阻的第二端连接第一钳位二极管的阳极，第一电平比较器的同相输入端和反相输入端之间连接第二电容，第二电平比较器的反相输入端连接第八电阻的第二端，第二电平比较器的同相输入端分别连接第十电阻至第十二电阻的第一端，第十电阻的第二端连接第二电源，第十二电阻的第二端连接第二钳位二极管的阳极，第七电阻和第十一电阻的第二端接地，第二电平比较器的同相输入端和反相输入端之间连接第三电容，第一电平比较器和第二电平比较器的输出端、第一钳位二极管和第二钳位二极管的被钳端相连，且相连端作为电平比较电路的输出端连接输出钳位电路的输入端，相连端
还通过第十三电阻连接第二电源。
9.其进一步的技术方案为，输出钳位电路包括第三钳位二极管、三个电阻和第四电容，第十四电阻的第一端作为输出钳位电路的输入端接收电平比较电路输出的电平信号，第十四电阻的第二端通过第三钳位二极管的被钳端连接第十五电阻的第一端，第十五电阻的第二端作为输出钳位电路的输出端连接cpu，第十六电阻并联在第三钳位二极管的被钳端和阴极之间，第四电容并联在第三钳位二极管的被钳端和阳极之间，第三钳位二极管的阴极连接第三电源、阳极接地。
10.其进一步的技术方案为，电机接地故障侦测电路还包括与cpu相连的报警装置。
11.其进一步的技术方案为，运算放大器基于ba10358f型号实现。
12.其进一步的技术方案为，第一、第二电平比较器均基于lm293dr2型号实现，第一、第二钳位二极管均基于bav99w型号实现。
13.其进一步的技术方案为，第三钳位二极管基于bav99w型号实现。
14.本实用新型的有益技术效果是：
15.通过将电机的三相电流输入至电机接地故障侦测电路中，利用电平比较电路检测三相电流是否平衡，cpu根据电平比较电路输出的电平信号进一步控制pwm信号的通断，也即当电机发生接地故障并run机后，三相电流的矢量和不为零，输出的电压值不在第一预设电压范围内，则cpu切断pwm信号输出并控制报警装置显示接地故障报警，提醒现场工作人员排查接地故障，该侦测电路具有良好的应用前景。
附图说明
16.图1是本技术提供的基于变频器的电机接地故障侦测电路的电路图。
具体实施方式
17.下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做进一步说明。
18.如图1所示，一种基于变频器的电机接地故障侦测电路，包括依次相连的运算放大电路、电平比较电路、输出钳位电路和cpu(图中未示出)。可选的，还包括与cpu相连的报警装置(图中未示出)。三相电流经过电流互感器后输出电压信号iu、iv、iw至运算放大电路，经运算放大电路相加并反向后输出对应的电压值，电平比较电路根据电压值是否在第一预设电压范围内输出相应的电平信号，输出钳位电路用于将电平信号钳位在第二预设电压范围内，并输出给cpu，cpu根据接收的电平信号控制pwm信号的通断以及报警装置，下面具体介绍各部分电路的结构及原理。
19.运算放大电路包括运算放大器ic1、五个电阻和第一电容c1，运算放大器ic1的反相输入端分别连接第一电阻r1至第四电阻r4的第一端和第一电容c1的第一端，第一电阻r1至第三电阻r3的第二端作为运算放大电路ic1的三相输入端分别接收电压信号iu、iv、iw，第四电阻r4的第二端和第一电容c1的第二端连接运算放大器ic1的输出端，运算放大电路ic1的同相输入端通过第五电阻r5接地，运算放大电路ic1的输出端连接电平比较电路的输入端。
20.可选的，运算放大器ic1基于ba10358f型号实现，电源为-15v～15v。
21.运算放大电路ic1输出的电压值u＝-(7.5/15)
×
(u
iu
u
iv
u
iw
)，其中(u
iu
u
iv
u
iw
)
为经过电流互感器后三相电流之和对应的电压值。
22.电平比较电路包括第一电平比较器ic2a、第二电平比较器ic2b、七个电阻、两个电容和两个钳位二极管，第一电平比较器ic2a的反相输入端分别连接第六电阻r6和第七电阻r7的第一端，第六电阻r6的第二端连接第一电源-15v，第一电平比较器ic2a的同相输入端分别连接第八电阻r8和第九电阻r9的第一端，第八电阻r8的第二端作为电平比较电路的输入端接收运算放大电路输出的电压值u，第九电阻r9的第二端连接第一钳位二极管d1的阳极，第一电平比较器ic2a的同相输入端和反相输入端之间连接第二电容c2，第二电平比较器ic2b的反相输入端连接第八电阻r8的第二端，第二电平比较器ic2b的同相输入端分别连接第十电阻r10至第十二电阻r12的第一端，第十电阻r10的第二端连接第二电源 15v，第十二电阻r12的第二端连接第二钳位二极管d2的阳极，第七电阻r7和第十一电阻r11的第二端接地，第二电平比较器ic2b的同相输入端和反相输入端之间连接第三电容c3，第一电平比较器ic2a和第二电平比较器ic2b的输出端、第一钳位二极管d1和第二钳位二极管d2的被钳端相连，且相连端作为电平比较电路的输出端连接输出钳位电路的输入端，相连端还通过第十三电阻r13连接第二电源 15v。
23.可选的，第一、第二电平比较器ic2a、ic2b均基于lm293dr2型号实现，第一、第二钳位二极管d1、d2均基于bav99w型号实现。
24.由第六电阻r6、第七电阻r7、第九电阻r9和第十电阻r10分压可得第二电平比较器ic2b的同相输入端的电压ub＝15v
×
[1k/(1k 13k)]≈1.07v，第一电平比较器ic2a的反相输入端ua＝-15v
×
[1k/(1k 13k)]≈-1.07v。当运算放大电路ic1输出的电压值u大于1.07v或小于-1.07v时，电平比较电路输出低电平信号。
[0025]
输出钳位电路包括第三钳位二极管d3、三个电阻和第四电容c4，第十四电阻r14的第一端作为输出钳位电路的输入端接收电平比较电路输出的电平信号，第十四电阻r14的第二端通过第三钳位二极管d3的被钳端连接第十五电阻r15的第一端，第十五电阻r15的第二端作为输出钳位电路的输出端gf连接cpu，第十六电阻r16并联在第三钳位二极管d3的被钳端和阴极之间，第四电容c4并联在第三钳位二极管d3的被钳端和阳极之间，第三钳位二极管d3的阴极连接第三电源dvcc、阳极接地。第三钳位二极管d3将输出钳位在(v
gnd
vf)到(v
dvcc-vf)之间，以保护后级电路，其中v
gnd
为0v，v
dvcc
为5v。
[0026]
可选的，第三钳位二极管d3基于bav99w型号实现。
[0027]
本技术提供的电机接地故障侦测电路的原理为：当三相电流平衡时，三相电流的矢量和为零，即(i
iu iiv iiw
)＝0，亦即(u
iu
u
iv
u
iw
)＝0。当电机发生接地故障并run机后，通过电流互感器输出电压信号iu、iv、iw，经过运算放大器相加，若矢量和不等于0，且超过电平比较电路的第一预设电压范围(也即大于1.07v或小于-1.07v，该范围为变频器额定输出电流的50％，实际应用时可根据现场要求调整准位)，电平比较电路输出低电平，则cpu切断pwm信号输出并控制报警装置显示接地故障报警，提醒现场工作人员排查接地故障。
[0028]
综上所述，该侦测电路起到切断变频器对含接地故障马达输出，并对现场人员提供警示，该侦测电路不仅可以应用在变频器，同样可以运用在伺服等电机驱动装置上，具有良好的应用前景。
[0029]
以上所述的仅是本技术的优选实施方式，本实用新型不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他
改进和变化，均应认为包含在本实用新型的保护范围之内。