一种变频风机的过欠压检测方法技术

本发明专利技术提供了一种变频风机的过欠压检测方法，包括单相桥式整流电容滤波电路和控制芯片；所述单相桥式整流电容滤波电路与交流电源V

An over and under voltage detection method of frequency conversion fan

【技术实现步骤摘要】
一种变频风机的过欠压检测方法
本专利技术涉及电压检测算法
，特别是涉及一种变频风机的过欠压检测方法。
技术介绍
现有技术中，对母线电压的检测算法一般为当宣称额定输入电压为230VAC的风机，允许在±10％的电压范围内正常工作，即207～253VAC。但是为保证在这个范围内正常工作，算上误差，并保证冗余，调试程序上会在增加5％的公差，即过压恢复电压为264VAC(+15％，对应直流电压373VDC)，欠压恢复电压为195VAC(-15％，对应直流电压276VDC)。而过欠压保护电压值就要比这个范围再大一点，一般把这样的设定叫做“滞环”。如果过压恢复电压等于过压保护电压、欠压恢复电压等于欠压保护电压，一旦电压刚好在这个临界点上小范围波动，风机就会刚启又停、刚停又启。因此，会把过欠压保护电压设定得比过欠压恢复电压的范围再大5％，即过压保护电压为276VAC(+20％，对应直流电压390VDC，而且400VDC的铝电解电容比较常用，还有10VDC的电压余量)，欠压保护电压为184VAC(-20％，对应直流电压260VDC)。现有一般的母线电压检测算法，会检测一整个周期母线电压，然后重复每一个周期。桥式整流电容滤波电路中，功率越大，纹波就越大(如图1～3所示)；这样问题就来了。当我需要敞开状态的风机全速运转时在输入电压在184VAC以下进行欠压保护时，母线电压的波谷已经远远低于184VAC对应的直流电压260VDC了。如下面的程序实例，母线电压的波谷已经低至220VDC。这个风机需要设定母线直流电压低于220VDC时进入欠压保护。其算法为：如果在额定运转下，实际输入184VAC欠压，此时低电压标志置1，若50VDC以上开关电源能正常工作，则低电压不会损坏电路板，因此转速大于350rpm时，继续输出并减速，直到转速小于350rpm。用于应对电压跌落、断电后马上上电等非正常情况；否则转速小于等于350rpm时，变频风机停止运行，故障类型标记为过欠压，故障计时器清零并开始计时；但这种算法的不足为：当这个风机在其他有压力的工况下工作时，比如轴流风机静压越大功率越大、后向离心风机随静压增大功率先增加后减少、恒扭矩和恒流量控制的前向离心风机随静压增大功率先增加后减少，即风机功率大于额定功率时，发生欠压保护时的输入电压就变了，在还大于184VAC的输入电压时就会发生保护。而当风机功率小于额定功率时，母线电压纹波就变小了，风机就会在还小于184VAC的输入电压时就会发生保护。与额定功率相差越大，实际欠压保护电压与设定值的误差就会越大。而现有技术中，也存在补偿算法，但其相对复杂。补偿算法是根据功率的大小，对母线电压采样结果进行补偿，减少、校正误差。但需要先用电机每相绕组电流乘以每相绕组电压，得出每相绕组的功率；再把三相绕组功率相加，得出总功率；然后根据功率大小和电压纹波大小的关系，算出每瓦功率对应母线电压采样补偿值。这需要占用大量的单片机运算资源，特别是乘法运算和浮点运算。还有，一般8位单片机资源有限，不能采用此种算法。另外，在现有技术中的算法也存在受电容个体影响而产生较大误差。例如，铝电解电容静电容量值受影响大，铝电解电容器规格中标称的静电容量值是在20℃、0.5V、120Hz的交流电条件下测试的值。一般，铝电解电容标称的静电容量值误差为±20％。电解液受到温度的影响，化学活性也会变化。直接的表现就是同一个铝电解电容的静电容量会随着温度的变化而变化。铝电解电容中的电解液是由离子导电的液体，是真正意义上的阴极，起着连接阳极铝箔表面电介质层的作用，并通过电解纸均衡分布。而阴极铝箔类似集电极一样起着连接真正阴极和内部电路的作用。电解液是决定电容器特性(温度特性，频率特性，使用寿命等)的关键材料。电极表面积越大，容量(储存电荷的能力)越大。一般来说，温度升高，容量也会升高；温度降低，容量也会降低(如图4所示)。另外，频率越高，容量越小；频率越低，容量越大(如图5所示)。铝电解电容器电解液通过封口部向外蒸发的现象的影响，表现为静电容量的减少、损失角正切值的增大。根据NipponChemi-Con(NCC)给出的数据，电解液的蒸发速度和温度的关系用阿雷尼厄斯定律表示(1)(2)，即其中，k：反应速度常数；A：频度因子；E：活性化能量；R：气体常数(8.31J/deg)；T：绝对温度(K)。从铝电解电容制造完成开始，含浸过后的电解液透过封口橡胶、随着时间蒸发、静电容量及损失角正切超出规格的期间定义为损耗故障期(寿命)。到损耗故障为止的期间即为有效寿命。综合上述的因素，现有的母线电压采样算法，受电容个体、使用环境温度、输入交流电频率的影响，差异非常大，而且随着时间的推移，误差更会越来越大。因此，针对现有技术中存在的问题，亟需提供一种过欠压保护电压值在各种调速电压下和各种静压下与设计值的误差在±2VAC以内，且效果良好的母线电压检测算法技术显得尤为重要。
技术实现思路
本专利技术的目的在于避免现有技术中的不足之处，而提供一种变频风机的过欠压检测方法，该检测算法能将交流市电频率50HZ或60HZ，经单相桥式整流电容滤波电路整流后为100HZ或120HZ；并且设定采样频率略小于120HZ，从而保证在每一个采样周期里都能采到最少一个峰值。从现有技术中所述的检测方法(如图1～3所示)可知，母线电压的最大值一直保持在324～325VDC，基本等于：其中：VMOTOR为直流母线电压，VAC为交流输入电压，VF为二极管正向导通压降。基于以上发现，如图6所示，对单相桥式整流电容滤波电路的原理进行分析；单相桥式整流滤波电路包括由四个二极管D1、D2、D3、D4组成的整流桥，以及电容器CP1；所述二极管D1正极接D4负极，D1负极接D2负极，D2正极接D3负极，D3正极接D4正极；所述二极管D4和D1的连接处引线与单相交流电源VAC的火线L连接，二极管D3与D2的连接处引线接单相交流电源VAC的零线N；所述二极管D1与D2的连接处引线接电容器CP1正极，二极管D4与D的连接处引线接电容器CP1负极；所述电容器CP1负极接地，电容器CP1正极输出直流母线电压。单相交流输入直流变频常用单相桥式整流电容滤波电路。设电容器两端初始电压为零，接入交流电源VAC后，当VAC为正半周时，VAC通过D1、D3向电容器CP1充电；当VAC为负半周时，经D2、D4向电容器CP1充电。当交流电压V>VMOTOR时，二极管D1、D3受正向电压作用而导通，此时V经过二极管D1、D3一方面向负载提供电压，另一方面向电容器CP1充电，VMOTOR升高将如图7中的bc段，图7中bc段上的阴影部分为电路中的电流在整流电路电阻和二极管上产生的压降。VMOTOR随着交流电压V升高到最大值√2VAC的附近。然后，V又按正弦规律下降。当V<VMOTOR时，二极管受反向电压作用而截止，电容器CP1又经负载放电，VMOTOR下降，VMOTOR波形如图7中的cd段。电容器CP1如此周而复始地进行充放电，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种变频风机的过欠压检测方法，其特征在于，包括单相桥式整流电容滤波电路和控制芯片；/n所述单相桥式整流电容滤波电路与交流电源V

【技术特征摘要】
1.一种变频风机的过欠压检测方法，其特征在于，包括单相桥式整流电容滤波电路和控制芯片；
所述单相桥式整流电容滤波电路与交流电源VAC，并输出直流母线电压至控制芯片；所述交流电源VAC的交流电频率为50HZ或60HZ，经单相桥式整流电容滤波电路整流后的频率为100HZ或120HZ；所述控制芯片包括存储单元、运算单元、计时器、故障计时器、高电压计数器；
所述检测方法包括以下步骤：
步骤S1：所述控制芯片预先存储各电压值和采样周期T，其中，各电压值包括整流桥二极管正向导通压降值，母线欠压电压设定值，母线过压电压设定值，母线欠压恢复电压设定值以及母线过压恢复电压设定值；
步骤S2：控制芯片计算实际母线欠压电压值，实际母线过压电压值，实际母线欠压恢复电压值和实际母线过压恢复电压值；
步骤S3：控制芯片获取当前单相桥式整流电容滤波电路的实际输出频率值f，计算出实际采样周期t，其中，t＝1/f；
步骤S4：控制芯片将实际采样周期t与采样周期T进行比较，比较方式如下：
若t＜T，则执行步骤S5～S6；
若t＞T，则执行步骤S7～S9；
步骤S5：控制芯片的计时器对实际采样周期t进行增加一，并对实际采样周期t+1内所采集到的母线实时电压值Vbus与母线电压波峰值Vpeak进行比较，若Vbus＞Vpeak，则Vbus＝Vpeak；其中，Vpeak＝√2VAC；
步骤S6：重复执行步骤S5，直至t+1＞T时，执行步骤S7-S9；
步骤S7：控制芯片将母线电压波峰值Vpeak与实际母线欠压电压值比较；比较方式如下：
若母线电压波峰值Vpeak小于实际母线欠压电压值，则控制芯片将母线电压波峰值Vpeak标记为低电压，且当母线电压波峰值Vpeak大于50V，转速小于等于预先设定的转速阈值时，变频风机停止运行；此时控制芯片将故障类型标记为过欠压，控制芯片的故障计时器清零并开始计时；
若母线电压波峰值Vpeak大于等于实际母线欠压电压值，变频风机停止运行；此时控制芯片将故障类型标记为过欠压，控制芯片的故障计时器清零并开始计时；
步骤S8：控制芯片将母线电压波峰值Vpeak与实际母线过压电压值比较，比较方式如下：
若母线电压波峰值Vpeak大于实际母线过压电压值，所述控制芯片的高电压计数器开始计数，当高电压计数大于控制芯片预先设定的高电压计数阈值时进入过压保护，过滤浪涌电压；所述控制芯片将母线电压波峰值Vpeak标记为高电压，变频风机停止运行；此时控制芯片将故障类型标记为过欠压，控制芯片故障计时器清零并开始计时；
若母线电压波峰值Vpeak小于等于实际母线过压电压值，所述控制芯片的高电压计数器清零；
步骤S9：若母线电压波峰值Vpeak被标记为低电...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢颖豪，
申请(专利权)人：泛仕达机电股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44