CN107994781B - 一种变频装置及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种变频装置及其控制方法，包括连接直流电的软启和直流单元，软启和直流单元的两端连接电压检测模块，软启和直流单元还与逆变单元连接，逆变单元还与控制及驱动单元连接，其中软启和直流单元与控制及驱动单元连接；逆变单元的输出连接电流检测单元，电流检测单元连接控制及驱动单元；其中软启和直流单元包括并联设置的开关K1和电阻R1，然后串联电容C1，其中开关K1与控制及驱动单元连接。该装置在没有额外制动单元的情况下，实现了对电机的制动控制，同时也实现了装置的软启和放电控制。

Description

一种变频装置及其控制方法
技术领域
本发明属于电力电子变频装置；具体涉及一种变频装置；还涉及基于上述变频装置的控制方法。
背景技术
制动单元是变频器、变流器、电机驱动器等电力电子变换装置主要功能单元之一，主要作用是在电机制动时，将电机反灌过来的能量消耗掉，避免变频器的直流母线电压过高，导致变频器损坏。目前一般的变频器、变流器、电机驱动器等是配置制动单元，制动单元包括制动电阻、制动开关、制动控制及驱动等部分，主要缺点是：制动单元需要单独选制动开关、制动电阻、控制及驱动，增加系统成本和体积；制动单元只是在需要制动的时候使用，大部分时间处于闲置，利用率低；很多场合下，变频装置需要外配制动单元或制动电阻，增加成本和空间。
专利号为ZL201510212220.5，发明名称为一种变频器装置；该专利提供了的技术方案是通过增加一个PWM回馈单元，将能量回馈到电网，但是同样增加系统成本，且限于体积和成本，回馈单元也做不大，能量有效利用不高，在大的制动能量下，装置仍会损坏。
电机驱动器，其直流侧为直流源或电池或电容单元，但由于电机制动能量较大，直流电压上升较快，电池、直流源或电容充电速率限制，在较大的制动能量下，直流电压仍会上升较高，会损坏电机驱动器，且对电池、直流源或电容有较大的电流冲击，损坏电池、直流源或电容。
发明内容
本发明提供了一种变频装置及其控制方法；该装置在没有额外制动单元的情况下，实现了对电机的制动控制，同时也实现了软起控制和停机放电功能。
本发明的技术方案是：一种变频装置，包括连接直流电的软启和直流单元，软启和直流单元的两端连接电压检测模块，软启和直流单元还与逆变单元连接，逆变单元还与控制及驱动单元连接，其中软启和直流单元与控制及驱动单元连接；逆变单元的输出连接电流检测单元，电流检测单元连接控制及驱动单元；其中软启和直流单元包括并联设置的开关K1和电阻R1，然后串联电容C1，其中开关K1与控制及驱动单元连接。
更进一步的，本发明的特点还在于：
其中软启和直流单元通过三相整流单元连接交流电网，其中三相整流单元包括6个二极管、IGCT、SCR、IGBT或MOSFE元件。
其中逆变单元为两电平逆变单元，其包括6个IGBT、IGCT、SCR或MOSFE元件。
其中逆变单元为I型三电平逆变单元，其包括12个IGBT、IGCT、SCR或MOSFE元件以及6个二极管；逆变单元或为T型三电平逆变单元或多电平逆变单元。
其中变频装置为单相结构或多相结构。
本发明的另一技术方案是：一种上述变频装置的控制方法，包括分别在制动能量大或小两种情况下进行制动的控制方法，还包括启动方法和停机方法；
在制动能量小的情况下：电压检测模块获取电压信号，并且将其发给控制及驱动单元，电压信号在上升且大于第一预设电压时，控制及驱动单元控制开关K1断开，制动能量通过电阻R1向电容C1充电，此时电阻R1消耗能量，电压信号上升减慢且最终小于第二预设电压时，闭合开关K1，完成制动；
在制动能量大的情况下：电压检测模块获取电压信号，并且将其发给控制及驱动单元，电压信号上升且大于第一预设电压时，断开开关K1，制动能量通过电阻R1向电容C1充能；当电压信号上升并且超过第二预设电压时，控制及驱动单元控制逆变单元的上下管在时间t1内直通，使电容C1释放能量，并且直至电压信号低于第二预设电压；然后闭合开关K1，完成制动；
其中变频装置的启动过程是；开关K1断开，通过电阻R1实现软启动，然后闭合开关K1，完成启动；
其中变频装置停机过程是：开关K1断开，逆变单元上下管在时间t2内直通，电容C1通过R1、逆变上下管直通回路放电，完成停机放电。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：该装置中没有额外的PWM回馈单元，即没有额外的制动单元，通过控制及驱动单元对软启和直流单元的控制以及对逆变单元的控制实现电机的制动控制。
更进一步的，其中通过三相整流单元实现接入交流电网。
本发明的有益效果还在于：该装置与现有技术相比没有额外的制动单元，仅通过控制软启和直流单元和逆变单元即可实现连接电机的制动，同时通过软启和直流单元能够实现该变频装置的软启动，并且通过逆变单元和软启和直流单元能够实现停机放电的功能。
更进一步的，本发明的装置能够通过三相整流单元连接交流电网，实现了交流输入。
更进一步的，逆变单元能够设置为两电平逆变单元或者三电平逆变单元或为多电平逆变单元。
本发明的有益效果还在于：在上述变频装置的基础上，提出了其控制方法，并且具体针对电机制动能量的大小选择不同的制动方法，其制动效果好。同时该方法能够实现装置的软启动和放电控制。
附图说明
图1为本发明变频装置的结构示意图；
图2为本发明控制方法的流程示意图；
图3为本发明中逆变单元为三电平的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案进一步说明。
本发明提供了一种变频装置，如图1所示，包括软启和直流单元，软启和直流单元包括并联的开关K1和电阻R1，开关K1和电阻R1还与电容C1串联；软启和直流单元的两端输出直流电压，并且电压检测模块获取其输出的电压信号，软启和直流单元两端输出的直流电与逆变单元连接，其中逆变单元的输出连接电机，且逆变单元的输出还与电流检测单元连接；其中电流检测单元和电压检测单元均与控制及驱动单元连接，且控制及驱动单元控制开关K1的闭合和断开。
优选的，软启和直流单元直接连接直流电；或者如图1所示，软启和直流单元通过三相整流单元接入交流电，其中三相整流单元包括6个二极管、SCR、IGBT或MOSFE元件，其中6个元件分别为D1、D2、D3、D4、D5、D6，其中D1和D2串联，D3和D4串联，D5和D6串联，且D1和D2、D3和D4、D5和D6并联连接在软启和直流单元的两端。
优选的，如图1所示，逆变单元为两电平逆变单元，其包括6个IGBT、SCR或MOSFE元件；其中该6个元件分别为Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6，其中Q1和Q2串联，Q3和Q4串联，Q5和Q6串联，且Q1和Q2、Q3和Q4、Q5和Q6并联连接在软启和直流单元的两端，其中逆变单元的输出线连接在Q1和Q2中部、Q3和Q4中部以及Q5和Q6的中部，该六个元件均与控制及驱动单元连接。
优选的，如图3所示，逆变单元为I型三电平逆变单元，其包括Q21-Q32一共12个IGBT，且Q21-Q32均与控制及驱动单元连接；其中Q21-Q24依次串联连接，Q25-Q28依次串联连接，Q29-Q32依次串联连接；且Q21和Q22之间和Q23和Q24之间连接有两个二极管，两个二极管中部与软启和直流单元的电容连接；Q25-Q28和Q29-Q32与Q21-Q24设置相同；其中Q22和Q23、Q26和Q27以及Q30和Q31之间连接输出线，即为逆变单元的输出，其与电机连接。
优选的，本发明所使用的逆变单元还可以为单相逆变单元、T型三电平逆变单元或其他三电平电路，或为其他多电平逆变单元。
本发明上面提供的变频装置为三相结构，该变频装置还可以为单相结构获其他多相结构。
本发明还提供了上述变频装置的控制方法，如图2所示，包括分别在在制动能量大或小两种情况下进行制动。其具体过程是：
步骤S1，电机处于运行状态；
步骤S2，电压检测模块检测到软启和直流单元输出的电压信号，并且控制及驱动单元获取该电压信号，当电压信号大于第一预设电压时，断开开关K1，此时制动能量通过电阻R1向电容C1充电，即电阻R1消耗能量，当电压信号上升减慢且最终小于第二预设电压时，完成制动；如上所述，在断开开关K1之后，电压信号继续上升，且大于第二预设电压时，此时为制动能量大的情形，控制及驱动单元控制逆变单元的上下管在时间t1内直通，使电容C1释放能量，并且直至电压信号低于第二预设电压，然后闭合开关K1，制动完成；且当在断开开关K1之后，电压信号趋于平稳且小于第二预设电压时，此时为制动能量小的情形，闭合开关K1，制动完成。
其中第一预设电压和第二预设电压为控制及驱动单元设定的电压阈值，具体的根据连接电机的使用参数进行设定。
优选的，在上述方法中完成实现电机停机的过程是，断开开关K1，逆变单元控制电容C1放电，完成停机。具体的如图1所示，通过给Q1和Q2、Q3和Q4、Q5和Q6或者Q1～Q6一起同时在时间t2内为高电平，电容C1上的能量经过R1，并且经过上下管直通的通路完成放电。
优选的，该变频装置控制电机启动的过程是：开关K1断开，三相整流单元输出的直流电通过电阻R1实现软启动，直流电压达到第一预设电压后，开关K1闭合，完成启动功能，R1既实现了软起限流，也实现了制动和放电的功能。

Claims (5)

1.一种变频装置的控制方法，其特征在于，所述变频装置包括连接直流电的软启和直流单元，软启和直流单元的两端连接电压检测模块，软启和直流单元还与逆变单元连接，逆变单元还与控制及驱动单元连接，其中软启和直流单元与控制及驱动单元连接；逆变单元的输出连接电流检测单元，电流检测单元连接控制及驱动单元；
所述软启和直流单元包括并联设置的开关K1和电阻R1，然后串联电容C1，其中开关K1与控制及驱动单元连接；
包括控制方法，还包括启动方法和停机方法；
制动方法为：电压检测模块获取电压信号，并且将其发给控制及驱动单元，电压信号在上升且大于第一预设电压时，控制及驱动单元控制开关K1断开，制动能量通过电阻R1向电容C1充电，此时电阻R1消耗能量，电压信号上升减慢且最终小于第二预设电压时，闭合开关K1，完成制动；
制动方法或为：电压检测模块获取电压信号，并且将其发给控制及驱动单元，电压信号上升且大于第一预设电压时，断开开关K1，制动能量通过电阻R1向电容C1充能；当电压信号上升并且超过第二预设电压时，控制及驱动单元控制逆变单元的上下管在时间t1内直通，使电容C1释放能量，并且直至电压信号低于第二预设电压；然后闭合开关K1，完成制动；
其中变频装置的启动过程是；开关K1断开，通过电阻R1实现软启动，然后闭合开关K1，完成启动；
其中变频装置停机过程是：开关K1断开，逆变单元上下管在时间t2内直通，电容C1通过R1、逆变上下管直通回路放电，完成停机放电。
2.根据权利要求1所述的变频装置的控制方法，其特征在于，所述软启和直流单元通过三相整流单元连接交流电网，其中三相整流单元包括6个二极管、IGCT、SCR、IGBT或MOSFET元件。
3.根据权利要求1所述的变频装置的控制方法，其特征在于，所述逆变单元为两电平逆变单元，其包括6个IGBT、IGCT、SCR或MOSFET 元件。
4.根据权利要求1所述的变频装置的控制方法，其特征在于，所述逆变单元为I型三电平逆变单元，其包括12个IGBT、IGCT、SCR或MOSFET 元件以及6个二极管；逆变单元或为T型三电平逆变单元或多电平逆变单元。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的变频装置的控制方法，其特征在于，该变频装置为单相结构或多相结构。
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