一种变频器的预充电和故障保护一体化装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种变频器的预充电和故障保护一体化装置，涉及变频器技术领域，将预充电电路和故障保护电路统一来实现变频器的预充电和故障保护功能，当系统发生故障后，断开主回路接触器，待故障清除以后，系统重新上电，又快速恢复预充电功能，从而恢复正常的工作状态，本发明专利技术将变频器预充电电路和故障保护电路统一考虑，相比于仅对逆变器开关管进行故障封锁发波的保护方法，增加了一级保护措施，更加安全、可靠；将预充电和故障保护电路与控制单元分离开来，降低了强的功率信号对弱的控制信号的电磁干扰；充电电阻受功率电开关和充电阈值信号的双重控制，不会出现支撑电容反复充电、放电的过程，利于保护充电电阻的寿命。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及变频器
，尤其是一种一体化控制电路。
技术介绍
预充电电路是电压型交-直-交变频器的一个必备环节，系统上电时，首先对中间直流环节的支撑储能电容进行预充电保护，建立母线电压，避免上电瞬间巨大的冲击电流，达到对逆变器功率模块的保护。传统的预充电电路一般在主回路接触器的两端跨接充电电阻R构成，通过实时检测支撑电容C两端的电压信号实现充电电阻R的接入、切除控制，其结构简单。但该类电路在系统发生故障时不能及时断开接触器，不能对后级逆变系统进行保护。在逆变器的控制中，系统的故障保护越来越重要，母线电压过压、母线电流过流、电机负载相电流过流、逆变器过热等故障会对系统造成毁灭性的损害。现行的一些变频器中，当发生故障时，通过封锁PWM波来关闭逆变桥开关管，同时手动按下功率电开关切除系统功率电源来进行保护，手动切除系统功率电源相比于电切除速度很慢，不及时。对于逆变器桥臂直通等严苛的故障保护要求，手动切除的速度是不够的，必须采取快速有效的保护措施。另外，由于充电电阻直接并在接触器两端，只要支撑电容两端电压低于所设预充电阈值电压，就会处于充电状态，不受控制；对于一些频繁启动的应用场合，由于频繁启动，便会发生反复充电、放电的过程，对充电电阻R的寿命造成影响。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术提出一种变频器的预充电和故障保护一体化装置，将预充电电路和故障保护电路统一考虑，实现变频器的预充电和故障保护功能，系统安全性、可靠性增强，当系统发生故障后，立即采取保护措施，断开主回路接触器，待故障清除以后，系统重新上电，又快速恢复预充电功能，从而恢复正常的工作状态。本专利技术所述的一种预充电和故障保护一体化装置连接在整流桥与逆变器之间，该装置包括主回路接触器K、支撑电容滤波网络、预充电和故障保护电路、控制单元、母线电压传感器、母线电流传感器、温度传感器以及相电流传感器；其中，主回路接触器K串接在直流正母线上，支撑电容滤波网络并联在直流正、负母线上，预充电和故障保护电路跨接在主回路接触器K的两端，预充电和故障保护电路中预充电回路完成预充电，供电回路为主回路接触器K供电；母线电压传感器采集直流正、负母线之间的母线电压状态信号，母线电流传感器采集母线电流状态信号，温度传感器采集逆变器开关桥臂的温度状态信号，相电流传感器采集电机的三相电流的相电流状态信号；控制单元接收复位信号、预充电阈值信号、母线电压状态信号、母线电流状态信号、相电流状态信号和逆变器温度状态信号，当发生母线电流过流故障、母线电压过压故障、相电流过流故障或逆变器开关管过热故障时，控制单元向预充电和故障保护电路发出信号，断开主回路接触器K以及预充电和故障保护电路中的供电回路，从而切断母线电压，断开整流桥向后级逆变器的供电通道，同时断开预充电和故障保护电路中的预充电回路。所述变频器预充电和故障保护一体化装置中预充电和故障保护电路包括：(1)预充电回路：充电电阻R、开关管T串联，跨接在主回路接触器K触点左右两端的直流正母线上，所述的主回路接触器K采用由继电器所控制的接触器开关K1，与支撑电容滤波网络中的第一电容C1和第二电容C2组成预充电回路；(2)开关管T的驱动电路：驱动电压Ugs、功率电开关S2的常开触点S2-2、继电器K2的常开触点、继电器K3的常闭触点K3-2依次串联后跨接在开关管T的门极和接触器K1远离整流桥一端的直流正母线之间，组成开关管T的驱动电路；(3)接触器K1触点的左右两端串联在直流正母线上，接触器K1的内部励磁线圈供电回路为：接触器K1的励磁线圈、急停/复位开关S1的常闭触点S1-1，功率电开关S2的常开触点S2-1、继电器K3的常开触点K3-1、常闭继电器K4的触点依次串联后并接在AC/DC的输出直流端，构成接触器K1的励磁线圈供电回路。控制单元工作后，预充电和故障保护电路中的充电电阻R与支撑电容滤波网络中的支撑电容形成一阶RC充电电路，整流桥的输出直流电压UDC对支撑电容滤波网络中的支撑电容进行充电；当支撑电容滤波网络中的支撑电容两端电压UC大于设定的预充电阈值电压UTh时，即UC≥UTh，接触器K1吸合，充电电阻R被短路，此时直流电UDC直接通过接触器K1加到支撑电容两端，直流母线电压UDC通过接触器K1直接为支撑电容充电，其中，设定的预充电阈值电压UTh为直流母线电压UDC的90-95％；直至支撑电容两端电压达到直流母线电压UDC，完成整个充电过程，系统进入工作状态；当发生母线电流过流故障、母线电压过压故障、相电流过流故障或逆变器开关管过热故障时，采取逻辑“或”保护，即只要所述的母线电流过流故障、母线电压过压故障、相电流过流故障或逆变器开关管过热故障发生，控制单元发出控制信号及时断开预充电和故障保护电路中的主回路接触器K1和预充电和故障保护电路中的继电器K4，切断母线电压，断开整流桥向后级逆变器的供电通道，同时断开预充电和故障保护电路中的预充电回路，防止支撑电容反复充电；急停/复位开关S1触发的复位信号经控制单元使继电器K4恢复为常闭状态，清除所发生的故障状态，待故障排除后，重复充电过程，为变频器进行下一次预充电做准备。所述的支撑电容滤波网络中的第一电容C1和第一电阻R1并联，第二电容C2和第二电阻R2并联，并联后的电容、电阻再串联，最终并联在直流正、负母线上。本专利技术的有益效果是将变频器预充电电路和故障保护电路统一考虑，相比于仅对逆变器开关管进行故障封锁发波的保护方法，增加了一级保护措施，更加安全、可靠；将预充电和故障保护电路与控制单元分离开来，降低了强的功率信号对弱的控制信号的电磁干扰；充电电阻受功率电开关和充电阈值信号的双重控制，不会出现支撑电容反复充电、放电的过程，利于保护充电电阻的寿命。附图说明图1为本专利技术的变频器预充电和故障保护一体化装置，其中，K为主回路接触器，第一电容C1和第二电容C2为支撑电容，与第一电阻R1和第二电阻R2组成滤波网络。图2为本专利技术的变频器预充电和故障保护一体化装置的详细电路，其中，K1为接触器，K2为常开继电器，K3为具有常开触点K3-1、常闭触点K3-2的继电器，K4为常闭继电器；S1为具有常闭触点S1-1、常开触点S1-2的开关，S2为具有两组常开触点S2-1、S2-2的开关，S3为常开开关；R为充电电阻，T为开关管，Ugs为T的门极驱动电源，UDC为整流桥的输出直流电压。图3为本专利技术只考虑母线电流过流、相电流过流的预充电、故障保护逻辑关系，其中，PRE-BV为预充电控制信号，BUS-I为母线电流状态信号，PHASE-I为相电流状态信号，S1-RST为K4的复位信号；K2-RELAY为K2的触发信号，K3-RELAY为K3的触发信号，K4-RELAY为K4的触发信号。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。图1为变频器的预充电和故障保护一体化装置，跨接在整流桥与逆变器之间，图2为预充电和故障保护一体化装置具体的预充电和故障保护电路拓扑，其电路详细描述为：本专利技术所述的一种预充电和故障保护一体化装置连接在整流桥与逆变器之间，该装置包括主回路接触器K、支撑电容滤波网络、预充电和故障保护电路、控制单元、母线电压传感器、母线电流传感器、温度传感器以及相电流传感器；其中，主回路接本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种变频器的预充电和故障保护一体化装置，其特征在于：所述的一种预充电和故障保护一体化装置连接在整流桥与逆变器之间，该装置包括主回路接触器K、支撑电容滤波网络、预充电和故障保护电路、控制单元、母线电压传感器、母线电流传感器、温度传感器以及相电流传感器；其中，主回路接触器K串接在直流正母线上，支撑电容滤波网络并联在直流正、负母线上，预充电和故障保护电路跨接在主回路接触器K的两端，预充电和故障保护电路中预充电回路完成预充电，供电回路为主回路接触器K供电；母线电压传感器采集直流正、负母线之间的母线电压状态信号，母线电流传感器采集母线电流状态信号，温度传感器采集逆变器开关桥臂的温度状态信号，相电流传感器采集电机的三相电流的相电流状态信号；控制单元接收复位信号、预充电阈值信号、母线电压状态信号、母线电流状态信号、相电流状态信号和逆变器温度状态信号，当发生母线电流过流故障、母线电压过压故障、相电流过流故障或逆变器开关管过热故障时，控制单元向预充电和故障保护电路发出信号，断开主回路接触器K以及预充电和故障保护电路中的供电回路，从而切断母线电压，断开整流桥向后级逆变器的供电通道，同时断开预充电和故障保护电路中的预充电回路。...

【技术特征摘要】
1.一种变频器的预充电和故障保护一体化装置，其特征在于：所述的一种预充电和故障保护一体化装置连接在整流桥与逆变器之间，该装置包括主回路接触器K、支撑电容滤波网络、预充电和故障保护电路、控制单元、母线电压传感器、母线电流传感器、温度传感器以及相电流传感器；其中，主回路接触器K串接在直流正母线上，支撑电容滤波网络并联在直流正、负母线上，预充电和故障保护电路跨接在主回路接触器K的两端，预充电和故障保护电路中预充电回路完成预充电，供电回路为主回路接触器K供电；母线电压传感器采集直流正、负母线之间的母线电压状态信号，母线电流传感器采集母线电流状态信号，温度传感器采集逆变器开关桥臂的温度状态信号，相电流传感器采集电机的三相电流的相电流状态信号；控制单元接收复位信号、预充电阈值信号、母线电压状态信号、母线电流状态信号、相电流状态信号和逆变器温度状态信号，当发生母线电流过流故障、母线电压过压故障、相电流过流故障或逆变器开关管过热故障时，控制单元向预充电和故障保护电路发出信号，断开主回路接触器K以及预充电和故障保护电路中的供电回路，从而切断母线电压，断开整流桥向后级逆变器的供电通道，同时断开预充电和故障保护电路中的预充电回路。2.根据权利要求1所述的一种变频器的预充电、故障保护一体化装置，其特征在于：所述变频器预充电和故障保护一体化装置中预充电和故障保护电路包括预充电回路、开关管T的驱动电路和接触器K1的内部励磁线圈供电回路，其中预充电回路由充电电阻R、开关管T串联，跨接在主回路接触器K触点左右两端的直流正母线上，所述的主回路接触器K采用由继电器所控制的接触器开关K1，与支撑电容滤波网络中的第一电容C1和第二电容C2组成预充电回路；开关管T的驱动电路为驱动电压Ugs、功率电开关S2的常开触点S2-2、继电器K2的常开触点、继电器K3的常闭触点K3-2依次串联后跨接在开关管T的门极和接触器K1远离整流桥一端的直流正母线之间；接触器K1触点的左右...

【专利技术属性】
技术研发人员：骆光照，方学礼，冀星昌，刘凯，万浩，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61