CN101436822A - 变频器的软起动保护侦测装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种变频器的软起动保护侦测装置及其方法，该软起动保护侦测装置主要包含中央处理单元及光耦合器，且该软起动保护侦测装置用以侦测变频器的软起动电路故障并提供保护作用。该软起动电路包含软起动电阻及继电器，该继电器具有常开开关端与该软起动电阻并联。该中央处理单元与变频器电连接，及与该继电器的输入端电连接。该光耦合器具有发光二极管及光敏晶体管，该发光二极管与串接电阻串联后再与该软起动电阻并联，而该光敏晶体管则电连接到该中央处理单元。该中央处理单元在变频器起动后，若收到光耦合器的信号，可停止输出电压至该变频器，以避免变频器损坏。

Description

变频器的软起动保护侦测装置及其方法

技术领域

本发明有关一种软起动保护侦测装置及其方法，尤指一种用于变频器的软起动电路的保护侦测装置及其方法。

背景技术

随着固态变频器(solid state inverter)的成功开发，交流马达的使用也逐渐频繁。交流马达具有转子惯量小，散热效果佳等优点，因此随着功率半导体组件、微处理机及控制技术的进步，交流马达也广泛用于电脑数值控制(CNC，Computerized Numerical Control)工具机及工业机器人的场合。

图1所示为公知的交流马达系统10中，交流马达与市电连接的方框图，交流电力(例如110Vac或是220Vac)由市电20供应至转换器30，以做交流至直流转换。转换后的直流电则供应到变频器(inverter)40，以做直流至交流转换，其中变频器40可受中央处理单元(CPU)50的控制，而将直流电转换成所需频率及位准的交流电，以将该所需频率及位准的交流电驱动马达60。

变频器输入是使用整流滤波的直流电源，所以在变频器电路中会加入由电阻构成的软起动电路(soft starting circuit)抑制起动电流，起动后再利用继电器、电磁接触器、硅控整流子(SCR，Silicon Controlled Rectifier)等开关来旁路起动电阻。如图2所示，该转换器30主要由二极管组32及滤波电容C构成，市电20经由二极管组32整流及经过滤波电容C滤波后，再供应给变频器(未图示)。整流滤波电路的滤波电容和输入市电的压差太大时，会差生很大的充电电流，造成瞬间过电流使得输入整流二极管组32损坏、或保险丝烧断、或无熔丝开关跳脱。因此在整流滤波电路常会加入软起动电路来减少起动电流，即在电路中串联软起动电阻R。由于电阻是和整流滤波电路串联，当正常动作时电阻会消耗很大的功率，所以在起动后再利用开关(如继电器、电磁接触器、SCR......)来旁路软起动电阻R，称为软起动电路。如图2所示，在起动后，中央处理单元会控制继电器72，关上其开关72A以旁路软起动电阻R。

然而如果印刷电路板布局(PCB layout)断线、继电器开关故障都可能造成软起动电路失效，目前现行做法并没有加入任何保护或侦测电路，所以一旦电路失效就有机会造成变频器烧毁。再者，若接大负载(即流过大电流)时，软起动电阻没有被旁路掉就会造成软起动电阻被烧毁。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的即在提出变频器的软起动保护侦测装置，当侦测到电路故障时，就对使用者提出警告或是不允许接大负载，来防止起动电路烧毁。

本发明的另一目的即在于提供一种变频器的软起动保护侦测方法。

为达成上述目的，本发明提供的软起动保护侦测装置主要包含中央处理单元及光耦合器。该软起动电路包含软起动电阻及具有常开开关的电控开关，例如继电器，该继电器具有常开开关(Normally Open)端与该软起动电阻并联。该中央处理单元与变频器电连接，以及与该继电器的输入端电连接。该光耦合器具有发光二极管及光敏晶体管，该发光二极管与串接电阻串联后再与该软起动电阻并联，而该光敏晶体管则电连接到该中央处理单元。该中央处理单元在变频器起动且该继电器的常开开关开路后，若收到光耦合器的信号，可停止输出电压至该变频器，以避免变频器损坏。

该中央处理单元可先送信号以使该继电器等电控开关的常开开关开路(Open Circuit)；再送出短时间电流流过该软起动电阻。若中央处理单元得知发光二极管会发光，则可判定该继电器已经永久短路。

本发明一种变频器的软起动保护侦测方法，该变频器透过整流滤波电路接收市电电源，且该整流滤波电路与软起动电阻串联，该软起动保护侦测方法包含：

提供电控开关，具有常开开关端与该软起动电阻并联，以及输入端，该输入端可以接收外界控制信号而控制该常开开关端关闭或是开启；

提供光耦合器，该光耦合器具有发光二极管及光敏晶体管，该发光二极管与串接电阻串联后再与该软起动电阻并联；

在该变频器起动且该电控开关的常开开关开路后，若感应到该发光二极管的光线，则停止输出电压至该变频器。

采用本发明技术方案，当侦测到电路故障时，就对使用者提出警告或是不允许接大负载，来防止起动电路烧毁。

附图说明

图1所示为公知的交流马达与市电连接的方框图；

图2所示为公知的软起动电路；

图3所示为依据本发明的软起动保护侦测装置。

附图标记说明

公知技术：

交流马达系统 10                 市电 20

转换器 30                       变频器 40

中央处理单元(CPU) 50            马达 60

二极管组 32                     滤波电容 C

软起动电阻 R                    继电器 72

开关 72A

本发明：

市电 20              中央处理单元(CPU) 50

二极管组 32          滤波电容 C

软起动电阻 R         继电器 72

常开开关端 72A       继电器输入端 72B

光耦合器 74        发光二极管 74A

光敏晶体管 74B     串接电阻 R1

端点 A，B          电阻 R2

具体实施方式

如图3所示，本发明变频器的软起动保护侦测装置主要包含中央处理单元、光耦合器74及串接电阻R1。该软起动保护侦测装置可用于如图2所示的变频器的软起动电路，以保护整个变频器系统的安全，并侦测软起动电路中继电器的故障情形。在图3所示的组件，若与图2相同或是相似，则使用相同的附图标记，以避免重复说明。

该光耦合器74具有发光二极管74A及光敏晶体管74B，其中发光二极管74A的阳极与软起动电阻R端点A连接，而发光二极管74A的阴极则透过该串接电阻R1与软起动电阻R的另一端点B连接。该光敏晶体管74B的发射极(Emitter)接地，而集电极(Collector)则连接至中央处理单元，并透过另一电阻R2连接到5V电源。

该电控开关72例如可以为继电器(Relay)、电磁接触器(MC，MagneticContact)、硅控整流子(SCR，Silicon Controlled Rectifier)、或是交流硅控整流子(又称为三端双向硅控整流子TRIAC，Triggering Bidirectional Thyristor)。该电控开关72的一端可以提供常开开关(Normally Open)端或是常闭开关(Normally Close)端，而另一端则受控制器、中央处理单元或是其它电路等控制而切换常开开关端或是常闭开关端的开启(短路)或是关闭(断路)状态。下面说明则以继电器为例，但是须知本发明的揭露可以应用于其它的电控开关。该继电器72具有常开开关端72A与该软起动电阻R并联，及输入端72B与该中央处理单元电连接。在市电开始供应电源时，为避免过大的起动电流，该继电器72的常开开关端72A会断路(Open Circuit)，使得起动电流流经该软起动电阻R，以抑制起动电流。在经过预定时间之后，该中央处理单元可透过控制继电器输入端72B以使该继电器72的常开开关端72A短路(Short Circuit)，以避免负载电流流经该软起动电阻R，造成功率损耗。

本发明的软起动保护侦测装置可侦测软起动电路中继电器的故障情形，一般继电器的故障方式有不动作和继电器接点因高电流造成的接点永久短路，此二种故障会造成不同的损坏方式，本发明的软起动保护侦测装置可同时侦测到此二种损坏。

当图3所示的继电器72不动作时，负载电流全流过软起动电阻R。依欧姆定律，软起动电阻R两端压差加大。跨过软起动电阻R两端压差会经过串接电阻R1的分压而使光耦合器74动作，并送出信号通知中央处理单元做出警告或停止输出，以保护软起动电路。例如，该中央处理单元可以驱动蜂鸣器以发出警告声，或是驱动闪光灯以发出警示信号，然而，这些警示方式为公知技术，因此在此不再赘述。更详细而言，若软起动电阻R两端压差过高，光耦合器74的发光二极管74A会发光。该光敏晶体管74B在感应到光线后阻抗会下降，因此光耦合器74的端点4的电压(集电极电压)会下降。中央处理单元感应到光耦合器74的端点4的电压下降后，即可判断图3所示的继电器72不动作，因此可做警告或停止输出等处理。

如果图3所示的继电器72的常开开关端72A因高电流造成的接点永久短路(Short Circuit)，可借由中央处理单元先关闭继电器72(亦即先送信号以使常开开关端72A断路，但是在常开开关端72A因高电流造成的接点永久短路时，无法使常开开关端72A正常断路)并预送短时间电流，该短时间电流足以在软起动电阻R两端产生压差(例如为10-50mA的电流，且时间为0.3-0.5毫秒)，以使光耦合器74动作。因此如果继电器72已永久短路，则该短时间电流都会流过已永久短路的常开开关端72A，光耦合器74不会动作，中央处理单元也不会收到软起动故障信号，借此可以判断继电器72开关可能已永久短路。上述测试流程可在变频器开始工作前进行，以检测继电器72的常开开关端72A是否已经因高电流造成的接点永久短路，确保电路正常操作。

综上所述，当知本发明已具有产业利用性、新颖性与创造性，又本发明的构造也未曾见于同类产品及公开使用，完全符合发明专利申请要件，依专利法提出申请。

Claims (11)

1.一种变频器的软起动保护侦测装置，该软起动电路包含软起动电阻及具有常开开关的电控开关，该软起动电阻与该常开开关并联，其特征在于，该软起动保护侦测装置包含：

中央处理单元，与该变频器电连接，以及该电控开关的输入端电连接；

光耦合器，具有发光二极管及光敏晶体管，该发光二极管与串接电阻串联后再与该软起动电阻并联，而该光敏晶体管则电连接到该中央处理单元；

其中该中央处理单元在该变频器起动且该电控开关的常开开关开路后，若收到光耦合器的信号，则停止输出电压至该变频器。

2.如权利要求1所述的变频器的软起动保护侦测装置，其中，该发光二极管的阳极与软起动电阻的一端点电连接，而该发光二极管的阴极透过该串接电阻与该软起动电阻另一端点电连接。

3.如权利要求1所述的变频器的软起动保护侦测装置，其中，该光敏晶体管透过电阻与预定电压的直流电压电连接。

4.如权利要求1所述的变频器的软起动保护侦测装置，其中，该中央处理单元在该变频器起动且该电控开关的常开开关开路后，若收到光耦合器的信号，则发出警示。

5.如权利要求1所述的变频器的软起动保护侦测装置，其中，该电控开关为继电器、电磁接触器、硅控整流子、或是交流硅控整流子。

6.一种变频器的软起动保护侦测方法，该变频器透过整流滤波电路接收市电电源，且该整流滤波电路与软起动电阻串联，其特征在于，该软起动保护侦测方法包含：

提供电控开关，具有常开开关端与该软起动电阻并联，以及输入端，该输入端可以接收外界控制信号而控制该常开开关端关闭或是开启；

提供光耦合器，该光耦合器具有发光二极管及光敏晶体管，该发光二极管与串接电阻串联后再与该软起动电阻并联；

在该变频器起动且该电控开关的常开开关开路后，若感应到该发光二极管的光线，则停止输出电压至该变频器。

7.如权利要求6所述的变频器的软起动保护侦测方法，其特征在于，还包含：

若感应到该发光二极管的光线，则发出警示。

8.如权利要求6所述的变频器的软起动保护侦测方法，其特征在于，还包含：

先送可使该电控开关的常开开关开路的信号；

送出短时间电流流过该软起动电阻；

若感应到发光二极管会发光，则可判定该电控开关已经永久短路。

9.如权利要求6所述的变频器的软起动保护侦测方法，其中，该电控开关为继电器、电磁接触器、硅控整流子、或是交流硅控整流子。

10.如权利要求8所述的变频器的软起动保护侦测方法，其中，该短时间电流的电流大小为10-50mA。

11.如权利要求10所述的变频器的软起动保护侦测方法，其中，该短时间电流的时间为0.3-0.5毫秒。

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