CN107707128A - 变频驱动电路、系统及直流母线电容充电方法 - Google Patents

变频驱动电路、系统及直流母线电容充电方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种变频驱动电路、系统及直流母线电容充电方法，涉及电力电子技术领域。该变频驱动电路包括整流器、稳压储能单元和逆变器，其中，整流器的第一输入端通过第一开关与第一相线输入端连接，第二输入端通过第二开关与第二相线输入端连接，第三输入端与第三相线输入端连接，稳压储能单元的第一端和第二端分别与整流器的第一输出端和第二输出端连接，稳压储能单元的第三端通过第三开关与零线端连接，逆变器的第一输入端和第二输入端分别与稳压储能单元的第一端和第二端连接，逆变器的输出端用于连接负载。本公开能够通过零火线回路给稳压储能单元的母线电容器充电，降低了充电时的充电电压和充电电流，使得开关的选型范围更广。

Description

变频驱动电路、系统及直流母线电容充电方法
技术领域
本公开涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种变频驱动电路、系统及直流母线电容充电方法。
背景技术
现阶段的变频器直流母线充电方案，多采用直接在母线主回路上加继电器的方法给母线电容充电。发明人发现，相关方案三相不可控整流的母线电压能达到540V左右，这就要求母线继电器有很好的耐压能力，即需使用大电流的母线继电器，因此，对母线继电器的要求较高。
发明内容
本公开要解决的一个技术问题是一种变频驱动电路、系统及直流母线电容充电方法，能够降低充电时的充电电压和充电电流，进而使得开关的选型范围更广。
根据本公开一方面，提出一种变频驱动电路，包括：整流器，整流器的第一输入端通过第一开关与第一相线输入端连接，第二输入端通过第二开关与第二相线输入端连接，第三输入端与第三相线输入端连接；稳压储能单元，稳压储能单元的第一端和第二端分别与整流器的第一输出端和第二输出端连接，稳压储能单元的第三端通过第三开关与零线端连接，其中，稳压储能单元包括至少一组母线电容器；逆变器，逆变器的第一输入端和第二输入端分别与稳压储能单元的第一端和第二端连接，逆变器的输出端用于连接负载。
进一步地，该变频驱动电路还包括：第一电阻器，与第三开关串联连接。
进一步地，每组母线电容器包括:设置在稳压储能单元的第一端和第三端之间的第一电容器；设置在稳压储能单元的第三端和第二端之间的第二电容器。
进一步地，稳压储能单元还包括：电阻器组，电阻器组包括：与第一电容器并联的第二电阻器，与第二电容器并联的第三电阻器。
进一步地，第一开关和第二开关为交流接触器。
进一步地，第一开关和第二开关为具有短路保护功能的交流接触器。
进一步地，第三开关为交流继电器。
进一步地，在母线电容器充电的情况下，第一开关和第二开关断开，第三开关闭合；在母线电容器充电完成的情况下，第一开关和第二开关闭合，第三开关断开。
进一步地，在变频驱动电路待机的情况下，第一开关、第二开关和第三开关断开。
进一步地，稳压储能单元的第一端通过电抗器与整流器第一输出端连接。
根据本公开的另一方面，还提出一种变频驱动系统，包括上位机和上述的变频驱动电路；其中，上位机用于控制第一开关、第二开关和第三开关的通断。
根据本公开的另一方面，还提出一种变频驱动电路的直流母线电容充电方法，包括：在向母线电容器充电时，向第一开关和第二开关发送断开指令，向第三开关发送闭合指令；判断母线电容器是否充电完成；若母线电容器充电完成，则向第一开关和第二开关发送闭合指令，向第三开关发送断开指令。
进一步地，该方法还包括：判断变频驱动电路是否需要进入待机状态；若变频驱动电路需要进入待机状态，则向第一开关、第二开关发送断开指令。
与相关技术相比，本公开的变频驱动电路，包括整流器、稳压储能单元和逆变器，其中，整流器的第一输入端通过第一开关与第一相线输入端连接，第二输入端通过第二开关与第二相线输入端连接，第三输入端与第三相线输入端连接，稳压储能单元的第一端和第二端分别与整流器的第一输出端和第二输出端连接，稳压储能单元的第三端通过第三开关与零线端连接，其中，稳压储能单元包括至少一组母线电容器，逆变器的第一输入端和第二输入端分别与稳压储能单元的第一端和第二端连接，逆变器的输出端用于连接负载。能够通过零火线回路给稳压储能单元的母线电容器充电，降低了充电时的充电电压和充电电流，使得开关的选型范围更广。
通过以下参照附图对本公开的示例性实施例的详细描述，本公开的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
构成说明书的一部分的附图描述了本公开的实施例，并且连同说明书一起用于解释本公开的原理。
参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本公开，其中：
图1为本公开变频驱动电路的一个实施例的结构示意图。
图2为本公开变频驱动电路的另一个实施例的结构示意图。
图3为本公开变频驱动电路交流正向输入充电回路示意图。
图4为本公开变频驱动电路交流反向输入充电回路示意图。
图5为本公开变频驱动系统的一个实施例的结构示意图。
图6为本公开变频驱动电路的直流母线电容充电方法的一个实施例的流程示意图。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本公开的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本公开的范围。
同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。
图1为本公开变频驱动电路的一个实施例的结构示意图。该变频驱动电路包括整流器1、稳压储能单元2和逆变器3。
该整流器1可以为三相整流桥，其第一输入端通过第一开关4与第一相线输入端连接，第二输入端通过第二开关5与第二相线输入端连接，第三输入端与第三相线输入端连接，其中，第一相线输入端、第二相线输入端和第三相线输入端可以分别接入火线L1、L2、L3。第一开关4和第二开关5可以为交流接触器，具体可以为具有短路保护功能的交流接触器。
稳压储能单元2的第一端和第二端分别与整流器1的第一输出端和第二输出端连接，第三端通过第三开关6与零线端连接，其中，第三开关6为交流继电器，零线端可以接入零线N。稳压储能单元2可以包括至少一组母线电容器，每组母线电容器包括设置在稳压储能单元2的第一端和第三端之间的第一电容器，和设置在稳压储能单元2的第三端和第二端之间的第二电容器。
逆变器3的第一输入端和第二输入端分别与稳压储能单元2的第一端和第二端连接，逆变器3的输出端用于连接负载，该逆变器3可以通过IPM(Intelligent Power Module，智能功率模块)实现。
在该实施例中，在检测到需要对稳压储能单元2的母线电容器充电时，第一开关4和第二开关5断开，第三开关6闭合，由L3-N单相交流电向母线电容器充电，当母线电容器充电完成后，第一开关4和第二开关5断开，第三开关6闭合，此时变频驱动电路可以正常工作。由于通过零火线回路给母线电容器充电，降低了充电时的充电电压和充电电流，使得开关的选型范围更广。
图2为本公开变频驱动电路的另一个实施例的结构示意图。
三相整流桥1的第一输入端通过交流接触器4与第一相线输入端连接，第二输入端通过交流接触器5与第二相线输入端连接，第三输入端与第三相线输入端连接。交流接触器4和交流接触器5可以按照变频驱动电路的额定电流选型，具体可以选择内部设置有电流检测装置的具有短路保护功能的接触器。
图2中稳压储能单元2仅示出三组母线电容器，每组母线电容器包括第一电容器21和第二电容器22。本领域的技术人员应当理解，根据实际需要可以设置多组母线电容器。第一电容器21设置在稳压储能单元2的第一端和第三端之间，第二电容器22设置在稳压储能单元2的第三端和第二端之间，该稳压储能单元2还可以包括电阻器组，该电阻器组包括第二电阻器23和第三电阻器24，其中，第二电阻器23与第一电容器21并联，第三电阻器24与第二电容器22并联。第二电阻器23和第三电阻器24的阻值大小相等，能够使得第一电容器21和第二电容器22电压相等，其中，电容器可以为电解电容、薄膜电容或其他种类的电容。
其中，稳压储能单元2的第一端可以通过电抗器7与三相整流桥1第一输出端连接，第二端与三相整流桥1的第二输出端连接，第三端通过交流继电器6、第一电阻器8与零线端连接。其中，交流继电器6按照充电电流大小选型，第一电阻器8用于限制母线电容充电时的充电电流。
IPM 3第一输入端和第二输入端分别与稳压储能单元2的第一端和第二端连接，IPM 3的输出端用于连接负载，例如连接电机M。
在母线电容器充电的情况下，交流接触器4和交流接触器5断开，交流继电器6闭合，充电电流经三相整流桥1、电抗器7、第一电容器21或第二电容器22、交流继电器6和第一电阻器8。此时充电电流较小，母线电容器两端电压逐渐上升，能够防止IPM损坏。其中，图3中虚线为交流正向输入充电回路电流流向，图4中虚线为交流反向输入充电回路电流流向。
在母线电容器充电完成后，交流继电器6断开，交流接触器4和交流接触器5闭合，此时工作电流流经交流接触器4和交流接触器5到IPM 3和电机M，整个变频驱动电路正常工作。
直流电路上使用的继电器，会有很大可能出现拉弧的问题，造成安全隐患和不必要的损耗，所以往往选择固态继电器，但固态继电器成本很高。在相同规格的情况下，交流继电器比直流继电器发热量更小、成本要低。在该实施例中，由于继电器和接触器都是串在交流电中，因此，可以选择交流继电器和交流接触器。另外，相关方案三相不可控整流的母线电压能达到540V左右，需使用大功率的充电电阻。而本公开通过零火线回路给母线电容器充电，降低了充电时的充电电压和充电电流，使得第一电阻器和继电器的选型范围更广。
在相关技术中，在IPM不工作时，工作电压依然加在母线两端，这就导致必定会有一部分电流流经均压电阻形成回路，产生一定的待机损耗。即使取消均压电阻，由于电解电容的存在，导致母线电压无法切断，另外，纹波电流导致的待机功耗同样不可避免。
在本公开中，在检测到变频驱动电路要进入待机的情况下，交流接触器4、交流接触器5和交流继电器6断开，母线电容器上残留的电量经由第一电阻器和第二电阻器逐渐放电，母线电压逐渐下降，直到IPM停机变频驱动电路进入待机状态，此时变频驱动电路处于零功耗状态。在该实施例中，通过交流侧的充电方式能够真正的切断供给IPM的电源，使得变频驱动电路处于零功耗待机状态。
在另一个实施例中，由于交流接触器4、5具有短路保护功能，因此，在电容击穿、IPM上下桥短路、电机绕组间短路或绕组对地短路等元器件损坏，或者线路上出现异物造成后端短路时，交流接触器4、5检测到电流值超过保护值时会断开，进而切断电源供电，起到短路保护作用。并且，相比于保险管等短路保护措施，交流接触器可以多次进行短路保护，并且响应更及时，方便技术人员排查故障。
图5为本公开变频驱动系统的一个实施例的结构示意图。该变频驱动系统包括上位机510和变频驱动电路520，其中，变频驱动电路520已在上述实施例中进行了详细阐述，此处不再进一步阐述，上位机510用于控制第一开关、第二开关和第三开关的通断。
在一个实施例中，可以如图6所示，在步骤610，在向母线电容器充电时，上位机向第一开关和第二开关发送断开指令，向第三开关发送闭合指令。其中，第一开关和第二开关为交流接触器，具体可以为具有短路保护功能的交流接触器，第三开关为交流继电器。
在步骤620，判断母线电容器是否充电完成，若充电完成则执行步骤630。
在步骤630，上位机向第一开关和第二开关发送闭合指令，向第三开关发送断开指令。此时，整个变频驱动电路正常工作。
在步骤640，判断变频驱动电路是否需要进入待机状态，若是，则执行步骤650。
在步骤650，上位机向第一开关、第二开关发送断开指令。此时，第三开关也是处于断开状态。
在该实施例中，通过零火线回路给母线电容器充电，降低了充电时的充电电压和充电电流，在逆变器不工作时，切断供给逆变器的电源，使得变频驱动电路处于零功耗待机状态。
至此，已经详细描述了本公开。为了避免遮蔽本公开的构思，没有描述本领域所公知的一些细节。本领域技术人员根据上面的描述，完全可以明白如何实施这里公开的技术方案。
可能以许多方式来实现本公开的方法以及装置。例如，可通过软件、硬件、固件或者软件、硬件、固件的任何组合来实现本公开的方法以及装置。用于所述方法的步骤的上述顺序仅是为了进行说明，本公开的方法的步骤不限于以上具体描述的顺序，除非以其它方式特别说明。此外，在一些实施例中，还可将本公开实施为记录在记录介质中的程序，这些程序包括用于实现根据本公开的方法的机器可读指令。因而，本公开还覆盖存储用于执行根据本公开的方法的程序的记录介质。
虽然已经通过示例对本公开的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本公开的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本公开的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本公开的范围由所附权利要求来限定。

Claims (13)

1.一种变频驱动电路，包括：
整流器，所述整流器的第一输入端通过第一开关与第一相线输入端连接，第二输入端通过第二开关与第二相线输入端连接，第三输入端与第三相线输入端连接；
稳压储能单元，所述稳压储能单元的第一端和第二端分别与所述整流器的第一输出端和第二输出端连接，所述稳压储能单元的第三端通过第三开关与零线端连接，其中，所述稳压储能单元包括至少一组母线电容器；
逆变器，所述逆变器的第一输入端和第二输入端分别与所述稳压储能单元的第一端和第二端连接，所述逆变器的输出端用于连接负载。
2.根据权利要求1所述的变频驱动电路，还包括：
第一电阻器，与所述第三开关串联连接。
3.根据权利要求1所述的变频驱动电路，其中，每组所述母线电容器包括:
设置在所述稳压储能单元的第一端和第三端之间的第一电容器；设置在所述稳压储能单元的第三端和第二端之间的第二电容器。
4.根据权利要求3所述的变频驱动电路，其中，所述稳压储能单元还包括：
电阻器组，所述电阻器组包括：与所述第一电容器并联的第二电阻器，与所述第二电容器并联的第三电阻器。
5.根据权利要求1所述的变频驱动电路，其中，所述第一开关和所述第二开关为交流接触器。
6.根据权利要求5所述的变频驱动电路，其中，所述第一开关和所述第二开关为具有短路保护功能的交流接触器。
7.根据权利要求1所述的变频驱动电路，其中，所述第三开关为交流继电器。
8.根据权利要求1-7任一所述的变频驱动电路，其中，
在所述母线电容器充电的情况下，所述第一开关和所述第二开关断开，所述第三开关闭合；
在所述母线电容器充电完成的情况下，所述第一开关和所述第二开关闭合，所述第三开关断开。
9.根据权利要求8所述的变频驱动电路，其中，
在所述变频驱动电路待机的情况下，所述第一开关、所述第二开关和所述第三开关断开。
10.根据权利要求1-7任一所述的变频驱动电路，其中，
所述稳压储能单元的第一端通过电抗器与所述整流器第一输出端连接。
11.一种变频驱动系统，包括上位机和权利要求1-10任一所述的变频驱动电路；
其中，所述上位机用于控制所述第一开关、第二开关和第三开关的通断。
12.一种如权利要求1-10任一所述的变频驱动电路的直流母线电容充电方法，包括：
在向母线电容器充电时，向第一开关和第二开关发送断开指令，向第三开关发送闭合指令；
判断所述母线电容器是否充电完成；
若所述母线电容器充电完成，则向所述第一开关和所述第二开关发送闭合指令，向所述第三开关发送断开指令。
13.根据权利要求12所述的方法，还包括：
判断所述变频驱动电路是否需要进入待机状态；
若所述变频驱动电路需要进入待机状态，则向所述第一开关、所述第二开关发送断开指令。
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