一种电磁式高压固态软起动柜的制作方法

1.本实用新型属于电气设备技术领域，涉及一种电磁式高压固态软起动柜。

背景技术：

2.大功率异步电动机直接起动时，起动电流可达额定电流的4～7倍，并且电动机转速在很短时间内由零上升到额定转速。瞬间过大的扭矩冲击和过大的起动电流，不仅会使电动机发热、使用寿命降低，同时也会造成电网电压下降，影响其他用电设备的正常运行。软启动是指利用软起动装置控制晶闸管的导通角，使电机输入定子电压从零以预设的函数关系逐渐上升，直到起动结束，赋予电机全电压，与其他降压起动相比，软起动具有起动转矩小、起动电流小、起动时间短、对电网的冲击小等优点，提高了供电质量，同时提高了电机及机械寿命。
3.软起动装置的核心是晶闸管，按照晶闸管的触发方式，高压固态软起动柜分为光纤触发式高压固态软起动柜和电磁触发式高压软起动柜，光纤触发式可靠性高、但是成本高，电磁式触发式成本较低，但是由于没有形成闭环控制，导致晶闸管容易出现故障，从而导致整个高压固态软起动柜故障。

技术实现要素：

4.本实用新型提出一种电磁式高压固态软起动柜，解决了现有技术中电磁式高压固态软起动柜故障率高的问题。
5.本实用新型的技术方案是这样实现的：包括多组晶闸管，每一所述晶闸管均设置有驱动电路和触发电路，所述驱动电路的输出端接入所述触发电路的控制端，所述触发电路用于触发所述晶闸管，还包括电压故障检测电路，所述电压故障检测电路包括三相整流电路、运放u11a和运放u11b，所述三相整流电路的输入端用于与电压互感器连接，所述整流电路的输出端分别接入所述运放u11a的同相输入端和所述运放u11b的反相输入端，所述运放u11a的反相输入端接入第一阈值电压，所述运放u11b的同相输入端接入第二阈值电压，且第一阈值电压大于第二阈值电压，所述运放u11a的输出端与二极管d15的阳极连接，所述二极管d15的阴极与二极管d16的阴极连接，所述二极管d16的阴极与所述运放u11b的输出端连接，所述二极管d16的阴极作为所述电压故障检测电路的输出端，接入所述驱动电路的控制端。
6.进一步，还包括第一基准源电路，所述第一基准源电路包括串联的电阻r12、电位器rp1和电阻r13，所述电阻r12的一端与电源5v连接，所述电阻r13的一端接地，所述电阻r12和所述电位器rp1的串联点作为第一阈值电压接入所述运放u11a的反相输入端，所述电阻rp1和所述电阻r13的串联点作为第二阈值电压接入所述运放u11b的同相输入端。
7.进一步，所述驱动电路包括总线收发器u4、光耦u5、光耦u6和光耦u7，所述总线收发器u4的输入端与主控芯片连接，所述总线收发器u4的使能端与所述电压故障检测电路的输出端连接，
8.所述总线收发器u4的多路输出端分别接入所述光耦u5、光耦u6和光耦u7的输入端，所述光耦u5、光耦u6和光耦u7的输出端分别接入一路触发电路的控制端。
9.进一步，还包括过流检测电路，所述过流检测电路包括罗氏线圈、运放u1a、峰值检测电路和比较器u2，
10.所述罗氏线圈用于检测所述晶闸管的电流，所述罗氏线圈的输出端接入所述运放u1a的反相输入端，所述运放u1a的同相输入端接地，所述运放u1a的输出端通过电容c2反馈至反相输入端，
11.所述运放u1a的输出端接入所述峰值检测电路的输入端，所述峰值检测电路的输出端接入所述比较器u2的同相输入端，所述比较器u2的反相输入端与基准电压vref连接，所述比较器u2的输出端作为所述过流检测电路的输出端，接入所述总线收发器u4的使能端。
12.进一步，所述峰值检测电路包括二极管d7、电容c3、电阻r5和运放u1b，所述二极管d7的阳极与所述运放u1a的输出端连接，所述二极管d7的阴极与电容c3的一端连接，所述电容c3的另一端接地，所述电阻r5与所述电容c3并联，所述电容c3远离地的一端接入所述运放u1b的同相输入端，所述运放u1b的输出端反馈连接至反相输入端，所述运放u1b的输出端作为所述峰值检测电路的输出，接入所述运放u2的同相输入端。
13.进一步，还包括第二基准源电路，所述第二基准源电路包括串联的电阻r7和电阻r6，所述电阻r7的一端与电源5v连接，所述电阻r6的一端接地，所述电阻r7和所述电阻r6的串联点作为所述基准电压vref。
14.进一步，还包括温度检测电路，所述温度检测电路包括测温模块u8，所述测温模块u8的数据输出端接入所述主控芯片，
15.还包括或门u10，所述或门u10的第一输入端与所述过流检测电路的输出端连接，所述或门u10的第二输入端与所述主控芯片连接，所述或门u10的第三输入端与所述电压故障检测电路的输出端连接，所述或门u10的输出端接入所述总线收发器u4的使能端。
16.进一步，还包括电压过零检测电路，所述电压过零检测电路包括电阻r13、电阻r16、电阻r17、二极管d17和光耦u12，所述电阻r13和电阻r16、电阻r17串联，所述电阻r13的一端与一相交流电源连接，所述电阻r17的一端与二极管d17的阴极连接，所述二极管d17的阳极接地，
17.所述二极管d17的阴极接入光耦u12的输入端，所述光耦u12的输出端作为过零检测信号，接入主控芯片。
18.进一步，所述触发电路包括依次连接的整流桥、电容c1、开关管q1和脉冲变压器t1，
19.所述整流桥的输入端用于与一相交流电源连接，所述脉冲变压器t1的二次侧接入所述晶闸管的控制端。
20.进一步，还包括电阻r1和电阻r2，所述电阻r1和所述电阻r2串联，所述电阻r1的一端与脉冲变压器t1的第一输出端连接，所述电阻r2与所述脉冲变压器t1的第二输出端连接，所述电阻r1和所述电阻r2的串联点接入所述晶闸管的门极。
21.进一步，还包括二极管d5和二极管d6，所述二极管d6与所述电阻r2并联，所述二极管d5的阳极与所述二极管d6的阴极连接，所述二极管d5的阴极接入所述晶闸管的门极。
22.本实用新型的工作原理及有益效果为：
23.本实用新型通过增加电压故障检测电路，实时检测交流电源的过压/欠压状态，一旦发生过压/欠压故障，电压故障检测电路输出高电平信号到驱动电路的控制端，关断驱动电路的输出，触发电路停止工作、晶闸管关断，避免过压/欠压故障对晶闸管造成损坏。
24.电压故障检测电路的工作原理为：电压互感器用于采集三相交流电源电压，并输出与三相交流电源电压成比例的电压信号，该电压信号经三相整流电路之后，输出的直流电压大小与三相交流电源电压的大小成正比。三相整流电路的输出电压分别接入运放u11a的同相输入端和所述运放u11b的反相输入端，当三相整流电路的输出电压在第一阈值电压和第二阈值电压之间时，运放u11a和运放u11b均输出低电平信号，电压故障检测电路输出低电平信号；当三相整流电路的输出电压大于第一阈值电压或小于第二阈值电压时，运放u11a和运放u11b中的一个会输出高电平信号到驱动电路的控制端，封锁驱动电路。
附图说明
25.下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
26.图1为本实用新型中电压故障检测电路原理图；
27.图2为本实用新型中驱动电路原理图；
28.图3为本实用新型中过流故障检测电路原理图；
29.图4为本实用新型中温度检测电路原理图；
30.图5为本实用新型中电压过零检测电路原理图；
31.图6为本实用新型中触发电路原理图；
32.图中：1触发电路，2驱动电路，3电压故障检测电路，4过流检测电路，5温度检测电路，6电压过零检测电路。
具体实施方式
33.下面将结合本实用新型实施例，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
34.如图1-图6所示，本实施例电磁式高压固态软起动柜包括多组晶闸管，每一晶闸管均设置有驱动电路和触发电路，驱动电路的输出端接入触发电路的控制端，触发电路用于触发晶闸管，还包括电压故障检测电路，如图1所示，电压故障检测电路包括三相整流电路、运放u11a和运放u11b，三相整流电路的输入端用于与电压互感器连接，整流电路的输出端分别接入运放u11a的同相输入端和运放u11b的反相输入端，运放u11a的反相输入端接入第一阈值电压，运放u11b的同相输入端接入第二阈值电压，且第一阈值电压大于第二阈值电压，运放u11a的输出端与二极管d15的阳极连接，二极管d15的阴极与二极管d16的阴极连接，二极管d16的阴极与运放u11b的输出端连接，二极管d16的阴极作为电压故障检测电路的输出端，接入驱动电路的控制端。
35.本实施例通过增加电压故障检测电路，实时检测交流电源的过压/欠压状态，一旦发生过压/欠压故障，电压故障检测电路输出高电平信号到驱动电路的控制端，关断驱动电
路的输出，触发电路停止工作、晶闸管关断，避免过压/欠压故障对晶闸管造成损坏。
36.电压故障检测电路的工作原理为：电压互感器用于采集三相交流电源电压，并输出与三相交流电源电压成比例的电压信号，该电压信号经三相整流电路之后，输出的直流电压大小与三相交流电源电压的大小成正比。三相整流电路的输出电压分别接入运放u11a的同相输入端和运放u11b的反相输入端，当三相整流电路的输出电压在第一阈值电压和第二阈值电压之间时，运放u11a和运放u11b均输出低电平信号，电压故障检测电路输出低电平信号；当三相整流电路的输出电压大于第一阈值电压或小于第二阈值电压时，运放u11a和运放u11b中的一个会输出高电平信号到驱动电路的控制端，封锁驱动电路。
37.进一步，还包括第一基准源电路，如图1所示，第一基准源电路包括串联的电阻r12、电位器rp1和电阻r13，电阻r12的一端与电源5v连接，电阻r13的一端接地，电阻r12和电位器rp1的串联点作为第一阈值电压接入运放u11a的反相输入端，电阻rp1和电阻r13的串联点作为第二阈值电压接入运放u11b的同相输入端。
38.电阻r12、电位器rp1和电阻r13组成串联分压电路，电阻r12、电位器rp1的串联点作为第一阈值电压，电位器rp1和电阻r13的串联点作为第二阈值电压，根据实际需要，通过调节电阻r12、电位器rp1和电阻r13的阻值，可以调节第一阈值电压和第二阈值电压的大小，电路结构简单、操作方便。
39.进一步，如图2所示，驱动电路包括总线收发器u4、光耦u5、光耦u6和光耦u7，总线收发器u4的输入端与主控芯片连接，总线收发器u4的使能端与电压故障检测电路的输出端连接，
40.总线收发器u4的多路输出端分别接入光耦u5、光耦u6和光耦u7的输入端，光耦u5、光耦u6和光耦u7的输出端分别接入一路触发电路的控制端。
41.本实施例驱动电路的工作原理为：主控芯片输出的控制信号经总线收发器u4放大后，分别接入光耦u5、光耦u6和光耦u7的输入端，光耦u5、光耦u6和光耦u7的输出端用于控制多路触发电路，从而控制多个晶闸管的通断。光耦u5、光耦u6和光耦u7不仅起到电气隔离的作用，同时能够进一步增强控制信号的驱动能力，保证多组晶闸管的可靠驱动。
42.当发生过压/欠压故障时，电压故障检测电路输出高电平信号到总线收发器u4的使能端，总线收发器u4封锁驱动信号，触发电路停止工作。
43.进一步，还包括过流检测电路，如图3所示，过流检测电路包括罗氏线圈、运放u1a、峰值检测电路和比较器u2，
44.罗氏线圈用于检测晶闸管的电流，罗氏线圈的输出端接入运放u1a的反相输入端，运放u1a的同相输入端接地，运放u1a的输出端通过电容c2反馈至反相输入端，
45.运放u1a的输出端接入峰值检测电路的输入端，峰值检测电路的输出端接入比较器u2的同相输入端，比较器u2的反相输入端与基准电压vref连接，比较器u2的输出端作为过流检测电路的输出端，接入总线收发器u4的使能端。
46.本实施例中罗氏线圈用于套设在晶闸管的线路上，罗氏线圈感应输出电压信号；运放u1a及电容c1构成积分电路，将罗氏线圈输出的电压信号进行积分，得到与主回路电流成比例的交流电压信号；该交流电压信号接入峰值检测电路，峰值检测电路输出交流电压信号的峰值电压；该峰值电压接入比较器u2的同相输入端，与基准电压vref比较，当该峰值电压大于基准电压vref时，比较器u2输出高电平信号oc；该高电平信号oc接入总线收发器
u4的使能端，总线收发器u4关闭输出，关断触发电路，从而关断晶闸管。
47.进一步，如图3所示，峰值检测电路包括二极管d7、电容c3、电阻r5和运放u1b，二极管d7的阳极与运放u1a的输出端连接，二极管d7的阴极与电容c3的一端连接，电容c3的另一端接地，电阻r5与电容c3并联，电容c3远离地的一端接入运放u1b的同相输入端，运放u1b的输出端反馈连接至反相输入端，运放u1b的输出端作为峰值检测电路的输出，接入运放u2的同相输入端。
48.在交流电压信号的正半周，运放u1a输出的交流电压信号经二极管d7给电容c3充电；电容c3两端的电压上升至交流电压峰值后不再变化；在交流电压信号的负半周，由于二极管d7的截止作用，交流电压信号不再给电容c3充电，电容c3经电阻r5放电，在交流电压的正半周，交流电压继续为电容c3充电，如此反复，电容c3两端的电压的变化能够反映交流电压峰值的变化。运放u1b构成电压跟随器，起到隔离缓冲作用，峰值检测电路的输出受后级输入阻抗的影响。
49.进一步，还包括第二基准源电路，如图3所示，第二基准源电路包括串联的电阻r7和电阻r6，电阻r7的一端与电源5v连接，电阻r6的一端接地，电阻r7和电阻r6的串联点作为基准电压vref。
50.电阻r7和电阻r6组成串联分压电路，电阻r6的端电压作为基准电压vref输出，通过调节电阻r7和电阻r6的大小，可以调节基准电压vref的大小，电路结构简单、操作方便。
51.进一步，还包括温度检测电路，如图4所示，温度检测电路包括测温模块u8，测温模块u8的数据输出端接入主控芯片，
52.还包括或门u10，或门u10的第一输入端与过流检测电路的输出端连接，或门u10的第二输入端与主控芯片连接，或门u10的第三输入端与电压故障检测电路的输出端连接，或门u10的输出端接入总线收发器u4的使能端。
53.本实施例还设置有温度检测电路，测温模块u8设置在晶闸管的散热器上，用于实时检测晶闸管的温度，并通过线路发送至主控芯片，当温度超过设定值时，主控芯片输出高电平信号ot到或门u10的第二输入端，或门u10输出高电平信号到总线收发器u4的使能端，关闭总线收发器u4、关断晶闸管。
54.高电平信号ot和高电平信号oc分别接入或门芯片u10的两个输入端，电压故障检测电路的输出端接入或门u10的第三输入端，只要其中一路为高电平，即可导致或门u10输出高电平信号、关断总线收发器u4。
55.进一步，还包括电压过零检测电路，如图5所示，电压过零检测电路包括电阻r13、电阻r16、电阻r17、二极管d17和光耦u12，电阻r13和电阻r16、电阻r17串联，电阻r13的一端与一相交流电源连接，电阻r17的一端与二极管d17的阴极连接，二极管d17的阳极接地，
56.二极管d17的阴极接入光耦u12的输入端，光耦u12的输出端作为过零检测信号，接入主控芯片。
57.本实施例中电压过零检测电路用于检测一相交流电源(本实施例为a相)的过零点，并以该过零点作为参照，确定多组晶闸管的触发时刻和各组晶闸管的触发时序，保证各组晶闸管的同步触发。
58.电压过零检测电路的工作原理为：在a相电压的负半周，光耦u12不导通，光耦u12输出高电平信号；在a相电压超过设定值时，光耦u12导通，光耦u12输出低电平；光耦u12的
输出端接入主控芯片，主控芯片读取到高电平到低电平的跳变信号，即判断为电压过零点。
59.进一步，如图6所示，触发电路包括依次连接的整流桥、电容c1、开关管q1和脉冲变压器t1，
60.整流桥的输入端用于与一相交流电源连接，脉冲变压器t1的二次侧接入晶闸管的控制端。
61.a相交流电源将整流桥整流后，对电容c1充电，将能量保存在电容c1中，当开关管q1接收到主控芯片发送的高电平信号时，开关管q1导通，电容c1和脉冲变压器t1的原边组成回路，在脉冲变压器t1的原边产生低压脉冲信号，经脉冲变压器t1升压后，接入晶闸管scr的门极。
62.进一步，如图6所示，还包括电阻r1和电阻r2，电阻r1和电阻r2串联，电阻r1的一端与脉冲变压器t1的第一输出端连接，电阻r2与脉冲变压器t1的第二输出端连接，电阻r1和电阻r2的串联点接入晶闸管的门极。
63.电阻r1为限流电阻，避免过高的电流流入晶闸管的门极；电阻r1和电阻r2组成串联分压电路，保证晶闸管得到合适的触发电压。
64.进一步，如图6所示，还包括二极管d5和二极管d6，二极管d6与电阻r2并联，二极管d5的阳极与二极管d6的阴极连接，二极管d5的阴极接入晶闸管的门极。
65.二极管d6起到钳位作用，避免过高的电压加在晶闸管的门极；二极管d5起到反向截止的作用，避免晶闸管关断时的瞬间大电流倒灌。
66.以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

技术特征：

1.一种电磁式高压固态软起动柜，包括多组晶闸管，每一所述晶闸管均设置有驱动电路（2）和触发电路（1），所述驱动电路（2）的输出端接入所述触发电路（1）的控制端，所述触发电路（1）用于触发所述晶闸管，其特征在于：还包括电压故障检测电路（3），所述电压故障检测电路（3）包括三相整流电路、运放u11a和运放u11b，所述三相整流电路的输入端用于与电压互感器连接，所述整流电路的输出端分别接入所述运放u11a的同相输入端和所述运放u11b的反相输入端，所述运放u11a的反相输入端接入第一阈值电压，所述运放u11b的同相输入端接入第二阈值电压，且第一阈值电压大于第二阈值电压，所述运放u11a的输出端与二极管d15的阳极连接，所述二极管d15的阴极与二极管d16的阴极连接，所述二极管d16的阴极与所述运放u11b的输出端连接，所述二极管d16的阴极作为所述电压故障检测电路（3）的输出端，接入所述驱动电路（2）的控制端。2.根据权利要求1所述的一种电磁式高压固态软起动柜，其特征在于：还包括第一基准源电路，所述第一基准源电路包括串联的电阻r12、电位器rp1和电阻r13，所述电阻r12的一端与电源5v连接，所述电阻r13的一端接地，所述电阻r12和所述电位器rp1的串联点作为第一阈值电压接入所述运放u11a的反相输入端，所述电阻rp1和所述电阻r13的串联点作为第二阈值电压接入所述运放u11b的同相输入端。3.根据权利要求1所述的一种电磁式高压固态软起动柜，其特征在于：所述驱动电路（2）包括总线收发器u4、光耦u5、光耦u6和光耦u7，所述总线收发器u4的输入端与主控芯片连接，所述总线收发器u4的使能端与所述电压故障检测电路（3）的输出端连接，所述总线收发器u4的多路输出端分别接入所述光耦u5、光耦u6和光耦u7的输入端，所述光耦u5、光耦u6和光耦u7的输出端分别接入一路触发电路（1）的控制端。4.根据权利要求3所述的一种电磁式高压固态软起动柜，其特征在于：还包括过流检测电路（4），所述过流检测电路（4）包括罗氏线圈、运放u1a、峰值检测电路和比较器u2，所述罗氏线圈用于检测所述晶闸管的电流，所述罗氏线圈的输出端接入所述运放u1a的反相输入端，所述运放u1a的同相输入端接地，所述运放u1a的输出端通过电容c2反馈至反相输入端，所述运放u1a的输出端接入所述峰值检测电路的输入端，所述峰值检测电路的输出端接入所述比较器u2的同相输入端，所述比较器u2的反相输入端与基准电压vref连接，所述比较器u2的输出端作为所述过流检测电路（4）的输出端，接入所述总线收发器u4的使能端。5.根据权利要求4所述的一种电磁式高压固态软起动柜，其特征在于：所述峰值检测电路包括二极管d7、电容c3、电阻r5和运放u1b，所述二极管d7的阳极与所述运放u1a的输出端连接，所述二极管d7的阴极与电容c3的一端连接，所述电容c3的另一端接地，所述电阻r5与所述电容c3并联，所述电容c3远离地的一端接入所述运放u1b的同相输入端，所述运放u1b的输出端反馈连接至反相输入端，所述运放u1b的输出端作为所述峰值检测电路的输出，接入运放u2的同相输入端。6.根据权利要求4所述的一种电磁式高压固态软起动柜，其特征在于：还包括第二基准源电路，所述第二基准源电路包括串联的电阻r7和电阻r6，所述电阻r7的一端与电源5v连接，所述电阻r6的一端接地，所述电阻r7和所述电阻r6的串联点作为所述基准电压vref。7.根据权利要求4所述的一种电磁式高压固态软起动柜，其特征在于：还包括温度检测电路（5），所述温度检测电路（5）包括测温模块u8，所述测温模块u8的数据输出端接入所述
主控芯片，还包括或门u10，所述或门u10的第一输入端与所述过流检测电路（4）的输出端连接，所述或门u10的第二输入端与所述主控芯片连接，所述或门u10的第三输入端与所述电压故障检测电路（3）的输出端连接，所述或门u10的输出端接入所述总线收发器u4的使能端。8.根据权利要求1所述的一种电磁式高压固态软起动柜，其特征在于：还包括电压过零检测电路（6），所述电压过零检测电路（6）包括电阻r13、电阻r16、电阻r17、二极管d17和光耦u12，所述电阻r13和电阻r16、电阻r17串联，所述电阻r13的一端与一相交流电源连接，所述电阻r17的一端与二极管d17的阴极连接，所述二极管d17的阳极接地，所述二极管d17的阴极接入光耦u12的输入端，所述光耦u12的输出端作为过零检测信号，接入主控芯片。

技术总结

本实用新型属于电气设备技术领域，提出了一种电磁式高压固态软起动柜，包括多组晶闸管，每一晶闸管均设置有驱动电路和触发电路，驱动电路的输出端接入触发电路的控制端，触发电路用于触发晶闸管，还包括电压故障检测电路，电压故障检测电路包括三相整流电路、运放U11A和运放U11B，三相整流电路的输入端用于与电压互感器连接，整流电路的输出端分别接入运放U11A的同相输入端和运放U11B的反相输入端，运放U11A的反相输入端接入第一阈值电压，运放U11B的同相输入端接入第二阈值电压，且第一阈值电压大于第二阈值电压。通过上述技术方案，解决了现有技术中电磁式高压固态软起动柜故障率高的问题。障率高的问题。障率高的问题。

技术研发人员：

李建国 王聪利 马凯龙 王夺 刘红梅 李召

受保护的技术使用者：

保定市尤耐特电气有限公司

技术研发日：

2022.06.07

技术公布日：

2022/11/14