CN102280862B - 变频器输入输出反接检测保护方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及变频器输入输出反接检测保护方法及装置，方法包括下述步骤：S1、初始上电时利用输出电流检测电路检测变频器的输出电流；S2、利用中央处理器CPU的第一比较模块将步骤S1检测到的输出电流值与参考电流值进行比较；S3、中央处理器CPU第一控制模块封锁变频器的驱动电路；S4、检测变频器的直流母线电压；S5、中央处理器CPU的第二比较模块判断步骤S4检测得到的直流母线电压是否大于充电限流电路的限流开关闭合阀值；S6、对高压电解电容充电，同时通过充电限流电路继续对充电电流进行限流；S7、中央处理器CPU第二控制模块输出限流开关动作信号。本发明解决了变频器输入输出反接时产生的极大充电电流会损坏逆变单元功率器件的技术问题。

Description

变频器输入输出反接检测保护方法及装置

技术领域

本发明涉及变频器的技术领域，特别涉及变频器输入输出反接检测保护方法及装置。

背景技术

变频器是三相异步电机的调速控制设备，近年来随着工艺要求及节能目的，变频器在工业控制领域应用中得以广泛应用。在应用的过程中，由于三相变频器的输入端子和输出端子极具相似性，安装调试人员非常容易将输入三相电源接至变频器的输出端子，这种严重的错误将导致变频器设备损坏及危害操作人员人生安全。

图1所示为公知的变频器主电路图，图中整流模块10将交流输入电源整流成直流电源，通常整流模块10都采用不可控的整流二极管组成。由于输入交流电源的输入电压都比较高(220V，380V)，而变频器的主滤波电容30在上电之前两端电压为0，主滤波电容30两端的电压不能突变势必造成非常大的充电电流，极大的充电电流足以将整流模块10损坏，所以图1公知的交直交变频器主电路中加了充电限流电阻20，起到上电软起动限流作用。但从图1我们可以看出，当由于安装人员的误操作，将输入交流电源接至逆变模块40输出端时，逆变模块40中的续流二极管就相当于整流模块10将交流整流成直流直接向滤波电容充电，由于此回路中并没有限流电路及相应的保护电路，直接造成了变频器的逆变模块损坏。

图2所示是2011年5月18日公开的公开号为CN201838994U(专利申请号为CN201020227995.2)发明创造名称为输入输出反接保护装置的主电路图，该装置的具体实现过程是：当输入正常连接时，电压检测电路可以检测到输入电源并给处理器输出一个输入正常信号，正常软起动变频器。当输入电源错接到输出时，交流电源经过功率器件的续流二极管整流后，直流电压通过熔断器后对滤波电路中的高压电解电容充电，所产生极大的冲充电电流将熔断器9熔断，起到保护功率器件的作用，同时由于RST输入侧没有电压，所以电压检测电路检测不到输入有电压，这时会输出一个输入非正常信号给处理器，处理器再做相应的保护动作。该装置存在以下问题：从图2中可以看出该发明虽然具有输入输出反接检测和对功率器件有了一定的保护作用，但并没有从根本上解决反接时极大的充电电流冲击问题，仅利用了熔断器来起到熔断保护作用，当熔断器选择过大时，势必损坏功率器件，当熔断器选择过小时熔断器本身会由于冲击电流熔断，造成变频器新的故障，降低了变频器的可靠性。

发明内容

本发明的第一目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种变频器输入输出反接检测保护方法，防止变频器输入输出反接时所形成的滤波电路电解电容的充电电流损坏变频器的逆变单元功率器件。

本发明的另一目的在于提供一种变频器输入输出反接检测保护装置。

为了达到上述第一目的，本发明采用以下技术方案：

变频器输入输出反接检测保护方法，包括下述步骤：

S1、初始上电时利用输出电流检测电路检测变频器的输出电流，并存储检测到的输出电流值；

S2、利用中央处理器CPU的第一比较模块将步骤S1检测到的输出电流值与参考电流值进行比较，判断变频器的输出电流值是否大于参考电流值，如是，进入步骤S3，否则，进入步骤S4；

S3、中央处理器CPU第一控制模块封锁变频器的驱动电路，禁止变频器输出电压；

S4、检测变频器的直流母线电压：变频器的交流电压经过整流形成直流电压后，由分压电阻对直流电压进行降压，再采用线性光耦合器对降压后的电压信号进行隔离，隔离后的信号输入中央处理器CPU进行检测，得到直流母线电压：

S5、中央处理器CPU的第二比较模块判断步骤S4检测得到的直流母线电压是否大于充电限流电路的限流开关闭合阀值，如是，进入步骤S7，否则，进入步骤S6；

S6、对高压电解电容充电，同时通过充电限流电路继续对充电电流进行限流，延时等待，进入步骤S4；

S7、中央处理器CPU第二控制模块输出限流开关动作信号，关闭充电限流电路的限流开关，变频器输入接线正常，正常待机，结束输入输出反接检测。

优选的，所述步骤S3还包括以下步骤：中央处理器CPU第二控制模块输出禁止限流开关闭合信号给充电限流电路，让变频器进入保护状态，并通过显示装置显示变频器输入输出反接报警信号，结束检测。

为达到本发明的另一目的，本发明采用下述技术方案：一种实现变频器输入输出反接保护方法的变频器输入输出反接保护装置，包括用于驱动变频器工作的驱动电路，还包括用于初始上电时检测变频器输出电流的输出电流检测电路，用于检测变频器直流母线电压的电压检测电路，用于滤波电路电解电容充电时进行限流的充电限流电路，以及用于实现控制与比较功能的中央处理器CPU，所述充电限流电路与变频器逆变模块并联并与滤波电路串联，所述电压检测电路与滤波电路并联，所述驱动电路与变频器逆变模块串联，所述输出电流检测电路与变频器输出端连接，所述中央处理器分别与充电限流电路、电压检测电路、驱动电路及输出电流检测电路连接。

所述中央处理器CPU包括第一比较模块、第二比较模块、第一控制模块及第二控制模块；

所述第一比较模块用于将所述输出电流检测电路检测到的电流值与参考电流值比较；

所述第二比较模块用于将电压检测电路检测到的直流母线电压值与限流开关动作阀值比较；

所述第一控制模块用于输出封锁变频器逆变模块信号；

所述第二控制模块用于输出禁止限流开关吸合信号。

优选的，所述输出电流检测电路包括霍尔电流传感器和电流检测电路，所述霍尔电流传感器与电流检测电路相连，并且连接到输出端上。

优选的，所述充电限流电路包括继电器和限流开关。

优选的，还包括用于显示变频器的输入输出反接报警信号的显示装置；所述显示装置与中央处理器CPU连接。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

1、与现有的方法相比较，本发明省略了输入电压检测电路的成本，并避免了其在硬件电路带来的新的故障点，提高了系统的可靠性，使系统在成本和可靠性上都具有明显的优势。

2、与现有技术相比，本发明解决了变频器输入输出反接时，极大充电电流会损坏变频器的逆变单元功率器件，提高了变频器的可靠性，降低了变频器维护成本。

附图说明

图1是公知的变频器主电路图；

图2是专利申请公开号为CN201838994U输入输出反接保护装置的主电路图；

图3是本发明变频器输入输出反接检测保护装置的主电路图；

图4是本发明变频器输入输出反接检测保护方法的流程图；

图5是中央处理器CPU系统模块图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

如图4所示，本发明变频器输入输出反接检测保护方法，包括如下步骤：

B10、初始上电时利用输出电流检测电路1检测变频器的输出电流，并存储检测到的输出电流值。

B11、利用中央处理器CPU第一比较模块将步骤B10检测到的输出电流值与参考电流值进行比较，判断变频器的输出电流值是否大于参考电流值，如是，进入步骤B20，否则，进入步骤B30。理论上来讲当变频器接线正常(即输入三相电源正常连接到变频器的输入端)时，变频器的输出电流值应该为0，但由于实际应用过程中由于电路差异及干扰，所以参考电流值一般不设为0，具体实现时会根据变频器的功率大小、所采用的电流传感器及电解电容的容量大小来设定，参考电流值一般设定为变频器的额定电流的1％。当在上电的过程中变频器的输出电流大于变频器的额定电流的1％时，此时变频器的输出电流是由于变频器逆变模块反向向电解电容充电的充电电流，此时一定是变频器的输入输出线反接了，由此作为输入输出线反接的判断依据。本实施例中央处理器CPU选用TMS320LF2406A的型号，但本发明的中央处理器CPU并不仅仅限于此一种型号，所有能实现本发明中央处理器CPU功能型号均适用于本发明。

B20、中央处理器CPU第二控制模块封锁变频器的驱动电路，禁止变频器输出电压。在实际运用中中央处理器CPU直接禁止变频器一切操作，仅提供输入输出反接故障报警，以防止用户误操作。

B21、为了更进一步的保护变频器，执行完步骤B20后，中央处理器CPU输出第二控制模块出禁止限流开关21闭合信号给充电限流电路2，让变频器进入保护状态，并通过显示装置显示变频器输入输出反接报警信号，提示使用者检查变频器接线，结束检测。

B30、利用电压检测电路检测变频器的直流母线电压，变频器的交流电压经过整流形成直流电压后，由分压电阻对直流电压进行降压，再采用线性光耦合器对降压后的电压信号进行隔离，隔离后的信号输入中央处理器CPU 7进行检测，得到直流母线电压。

B31、利用中央处理器CPU第二比较模块判断步骤B30检测得到的直流母线电压是否大于充电限流电路2的限流开关21闭合阀值，如是，进入步骤B33，否则，进入步骤B32。具体实现时限流开关21闭合阀值一般设定为额定母线电压的65％。

B32、对高压电解电容充电，同时通过充电限流电路2继续对充电电流进行限流，延时等待，进入步骤B30。

B33、中央处理器CPU输出限流开关动作信号，关闭充电限流电路2的限流开关21，变频器输入接线正常，正常待机，结束输入输出反接检测。

如图3、本实施例实现上述输入输出反接保护方法的变频器输入输出反接检测保护装置，包括用于驱动变频器工作的驱动电路6，还包括用于初始上电时检测变频器输出电流的输出电流检测电路1，用于检测变频器直流母线电压的电压检测电路5，用于滤波电路电解电容充电时进行限流的充电限流电路2，以及实现控制与比较功能的中央处理器CPU 7，所述充电限流电路2与变频器逆变模块4并联并与滤波电路3串联，所述电压检测电路5与滤波电路3并连，所述驱动电路6与变频器逆变模块4连接，所述输出电流检测电路1与变频器输出端连接，所述中央处理器CPU 7分别与充电限流电路2、电压检测电路5、驱动电路6、输出电流检测电路2连接。

如图5所示，所述中央处理器CPU 7包括第一比较模块、第二比较模块、第一控制模块及第二控制模块；

所述第一比较模块用于将所述输出电流检测电路检测到的电流值与参考电流值比较；

所述第二比较模块用于将电压检测电路检测到的直流母线电压值与限流开关动作阀值比较；

所述第一控制模块用于输出封锁变频器逆变模块信号；

所述第二控制模块用于输出禁止限流开关吸合信号。

所述充电限流电路2包括一个继电器22和一个限流开关21，充电限流电路2与变频器逆变模块4并联并且与滤波电路3串联，即不管交流电源是正接RST还是反接UVW时，电解电容的充电电流都是通过充电限流电路2对滤波电路电解电容进行充电，也就是说输入输出正反接时都起到了限流作用。

所述输出电流检测电路1包括霍尔电流传感器11和常用的电流检测电路12，为了达到较好效果，本实施例中电流检测电路12选用豪欧电阻电流检测电路，所述霍尔电流传感器11与豪欧电阻电流检测电路相连，并且连接到输出端上，当输入三相电源正常连接到变频器的输入RST端时，此时变频器处于上电初始化状态并没有运行，所以变频器的输出电流应为0；当输入三相电源反接到变频器的输出端UVW时，变频器上电时会通过逆变模块4的续流二极管对电容充电，在变频器的输出端侧会产生充电电流，这时通过霍尔电流传感器11会检测到变频器的输出电流不为0，霍尔电流传感器11将检测到的电流信号转化为电压信号并通过常用的毫欧电阻电流检测电路进行处理成中央处理器CPU 7能接受的信号，中央处理器CPU 7进而可以判断出变频器输入输出反接了，且一旦检测到变频器输入输出反接时，中央处理器CPU 7会立即产生禁止限流开关动作信号和封锁变频器驱动电路信号。

上述变频器输入输出反接检测保护装置还包括显示变频器输入输出反接报警的显示装置8，其与中央处理器CPU 7连接，当变频器输入输出反接时，显示装置8显示输入输出反接报警，起到保护变频器作用。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.变频器输入输出反接检测保护方法，其特征在于，包括下述步骤：

S1、初始上电时利用输出电流检测电路检测变频器的输出电流，并存储检测到的输出电流值；

S2、利用中央处理器CPU的第一比较模块将步骤S1检测到的输出电流值与参考电流值进行比较，判断变频器的输出电流值是否大于参考电流值，如是，进入步骤S3，否则，进入步骤S4；

S3、中央处理器CPU第一控制模块封锁变频器的驱动电路，禁止变频器输出电压；

S4、检测变频器的直流母线电压：变频器的交流电压经过整流形成直流电压后，由分压电阻对直流电压进行降压，再采用线性光耦合器对降压后的电压信号进行隔离，隔离后的信号输入中央处理器CPU进行检测，得到直流母线电压；

S5、中央处理器CPU的第二比较模块判断步骤S4检测得到的直流母线电压是否大于充电限流电路的限流开关闭合阈值，如是，进入步骤S7，否则，进入步骤S6；

S6、对高压电解电容充电，同时通过充电限流电路继续对充电电流进行限流，延时等待，进入步骤S4；

S7、中央处理器CPU第二控制模块输出限流开关动作信号，关闭充电限流电路的限流开关，变频器输入接线正常，正常待机，结束输入输出反接检测。

2.根据权利要求1所述的变频器输入输出反接检测保护方法，其特征在于，所述步骤S3还包括以下步骤：中央处理器CPU第二控制模块输出禁止限流开关闭合信号给充电限流电路，让变频器进入保护状态，并通过显示装置显示变频器输入输出反接报警信号，结束检测。

3.一种变频器输入输出反接保护装置，其用于实现权利要求1或2所述的变频器输入输出反接检测保护方法，包括用于驱动变频器工作的驱动电路，其特征在于，还包括用于初始上电时检测变频器输出电流的输出电流检测电路，用于检测变频器直流母线电压的电压检测电路，用于滤波电路电解电容充电时进行限流的充电限流电路，以及用于实现控制与比较功能的中央处理器CPU，所述充电限流电路与变频器逆变模块并联并与滤波电路串联，所述电压检测电路与滤波电路并联，所述驱动电路与变频器逆变模块串联，所述输出电流检测电路与变频器输出端连接，所述中央处理器分别与充电限流电路、电压检测电路、驱动电路及输出电流检测电路连接。

4.根据权利要求3所述的变频器输入输出反接保护装置，其特征在于，所述中央处理器CPU包括第一比较模块、第二比较模块、第一控制模块及第二控制模块；

所述第一比较模块用于将所述输出电流检测电路检测到的电流值与参考电流值比较；

所述第二比较模块用于将电压检测电路检测到的直流母线电压值与限流开关动作阈值比较；

所述第一控制模块用于输出封锁变频器逆变模块信号；

所述第二控制模块用于输出禁止限流开关吸合信号。

5.根据权利要求3所述的变频器输入输出反接保护装置，其特征在于，所述输出电流检测电路包括霍尔电流传感器和电流检测电路，所述霍尔电流传感器与电流检测电路相连，并且连接到输出端上。

6.根据权利要求3所述的变频器输入输出反接保护装置，其特征在于，所述充电限流电路包括继电器和限流开关。

7.根据权利要求3所述的变频器输入输出反接保护装置，其特征在于，还包括用于显示变频器的输入输出反接报警信号的显示装置；所述显示装置与中央处理器CPU连接。

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