CN108199572A - 一种变频器及其断电保护系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种变频器及其断电保护系统，包括：用于限流缓冲模块，与缓冲模块并联的开关模块，功率单元，控制模块和储能模块；开关模块闭合时缓冲模块短路；通过储能模块在变频器断电时给控制模块供电；进而控制模块能在功率单元的电压达到预设电压时，闭合开关模块；在变频器断电时，断开开关模块，使得下次上电时缓冲模块不被短路，能起到限流的作用，从而提高了变频器的安全。

Description

一种变频器及其断电保护系统
技术领域
本发明涉及高压变频器领域，具体涉及一种变频器及其断电保护系统。
背景技术
高压变频器在应用中为防止整机在上电时对功率单元的冲击，会在高压输入侧加入缓冲电阻起到软启动的作用。工作原理为高压上电时通过接入缓冲电阻回路限流，在功率单元充电到一定电压值时缓冲接触器切入，短接缓冲电阻。且为保证接触器可靠性，实际应用中接触器为机械式真空接触器。因机械式接触器为机械保持式，当且只有在有控制信号的情况下才能断开接触器，在整机断电时，会保持闭合状态。当现场出现停电事故，导致缓冲接触器不能被断开，当高压变频器再次上电时，缓冲电阻无法串入回路缓冲，将产生很大冲击电流，不仅会导致功率单元损坏，而且还会引起前级空开跳闸，严重情况下整个供电系统将会瘫痪。
因此，现有技术有待改进和提高。
发明内容
本申请提供一种变频器及其断电保护系统，旨在解决变频器断电之后再上电存在的安全问题。
根据本发明的第一方面，本发明提供一种变频器的断电保护系统，包括：
缓冲模块，用于限流；
与缓冲模块并联的开关模块，闭合时缓冲模块短路；
功率单元；
控制模块，用于在功率单元的电压达到预设电压时，闭合开关模块；在变频器断电时，断开开关模块；
储能模块，用于储能，在变频器断电时给控制模块供电。
所述的变频器的断电保护系统，其中，所述变频器的交流输入端连接缓冲模块的一端和开关模块的一端，缓冲模块的另一端和开关模块的另一端均连接功率单元的输入端；所述储能模块通过控制模块连接开关模块的控制端。
所述的变频器的断电保护系统，其中，所述储能模块利用电容储能。
所述的变频器的断电保护系统，其中，所述储能模块包括整流单元和电容；整流单元将市电整流后给所述电容充电。
所述的变频器的断电保护系统，其中，所述储能模块还包括缓冲电阻和放电电阻；整流单元的输出端通过缓冲电阻连接放电电阻的一端和电容的一端，放电电阻的另一端连接电容的另一端。
所述的变频器的断电保护系统，其中，还包括断电检测模块，用于检测变频器是否断电。
所述的变频器的断电保护系统，其中，还包括移相变压器；所述缓冲模块的另一端和开关模块的另一端均通过移相变压器连接功率单元的输入端。
所述的变频器的断电保护系统，其中，所述开关模块包括接触器。
所述的变频器的断电保护系统，其中，所述接触器包括第一触点开关、第二触点开关和第三触点开关；所述缓冲模块包括第一电阻、第二电阻和第三电阻；所述第一电阻的一端连接变频器的交流输入R端和第一触点开关的一端；所述第二电阻的一端连接变频器的交流输入S端和第二触点开关的一端；所述第三电阻的一端连接变频器的交流输入T端和第三触点开关的一端；所述第一电阻的另一端连接功率单元的输入端和第一触点开关的另一端；所述第二电阻的另一端连接功率单元的输入端和第二触点开关的另一端；所述第三电阻的另一端连接功率单元的输入端和第三触点开关的另一端。
根据本发明的第二方面，本发明提供一种变频器，包括如上所述的断电保护系统。
本发明的有益效果：本发明提供的变频器及其断电保护系统，包括：用于限流缓冲模块，与缓冲模块并联的开关模块，功率单元，控制模块和储能模块；开关模块闭合时缓冲模块短路；通过储能模块在变频器断电时给控制模块供电；进而控制模块能在功率单元的电压达到预设电压时，闭合开关模块；在变频器断电时，断开开关模块，使得下次上电时缓冲模块不被短路，能起到限流的作用，从而提高了变频器的安全。
附图说明
图1为本发明提供的变频器的断电保护系统的结构框图；
图2为本发明提供的变频器的断电保护系统的电路示意图；
图3为本发明提供的变频器的断电保护系统中，控制模块控制开关模块的原理示意图；
图4为本发明提供的变频器的断电保护系统中，功率单元的主拓扑结构。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种变频器，其具有断电保护系统，如图1所示，所述断电保护系统，包括：缓冲模块10，移相变压器20，功率单元30，开关模块40，控制模块50和储能模块60。所述变频器的交流输入端J1连接缓冲模块10的一端和开关模块40的一端，缓冲模块10的另一端和开关模块40的另一端均通过移相变压器20连接功率单元30的输入端。所述储能模块60通过控制模块50连接开关模块40的控制端。可见，所述开关模块40与缓冲模块10并联，开关模块40闭合时缓冲模块10短路；开关模块40断开时缓冲模块10处于主回路中，可正常工作。
所述开关模块40，用于对变频器的主回路进行通断控制。
所述缓冲模块10，用于限流，在变频器上电启动时起到缓冲作用，实现软启动。
所述功率单元30是使用功率电力电子器件进行整流、滤波、逆变的高压变频器部件，是构成高压变频器主回路的主要部分。所述功率单元30包括三相整流子单元310、直流母线和逆变子单元320等，主拓扑见图4。
所述控制模块50，用于在变频器主回路(10/40/20/30构成)上电前，断开开关模块40，从而使变频器开启时缓冲模块10能起到限流作用；在功率单元30的电压达到预设电压时，闭合开关模块40，从而结束缓冲模块10的限流；在变频器断电时，断开开关模块40，使得下次上电时缓冲模块10不被短路，能起到限流的作用，从而提高了变频器的安全。
所述储能模块60，用于储能，在变频器断电时给控制模块50供电。进一步的，所述储能模块60利用电容储能。利用电容储能，无需采用价格高昂、故障较多、可靠性较低的UPS(不间断电源)，故结构简单成本低，可靠性好且维护方便。该储能模块60能够满足现场掉电时及时给控制模块50供电从而可靠断开开关模块40。
实施例一：
请参阅图2和图3，本实施例中，所述变频器为高压变频器，变频器的交流输入端J1连接市电中的三相交流电。
所述开关模块40采用接触器Q，例如机械式真空接触器。所述接触器Q包括第一触点开关K1、第二触点开关K2和第三触点开关K3。所述缓冲模块10包括第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3；所述第一电阻R1的一端连接变频器的交流输入R端和第一触点开关K1的一端；所述第二电阻R2的一端连接变频器的交流输入S端和第二触点开关K2的一端；所述第三电阻R3的一端连接变频器的交流输入T端和第三触点开关K3的一端；所述第一电阻R1的另一端连接移相变压器20的一端(输入绕组)和第一触点开关K1的另一端；所述第二电阻R2的另一端连接移相变压器20的一端和第二触点开关K2的另一端；所述第三电阻R3的另一端连接移相变压器20的一端和第三触点开关K3的另一端；移相变压器20的另一端(输出绕组)连接功率单元30的输入端。高压变频器在高压上电时，真空接触器Q是断开状态，整机通过R1、R2、R3缓冲电阻缓冲，在功率单元30母线电压充电到预设电压(单元欠压点，该参数可以自行定义)时，闭合真空接触器Q。所述控制模块50的输出端连接所述接触器Q的线圈，从而能控制K1-K3的开启和闭合。
本实施例中，所述断电保护系统还包括断电检测模块(图中未示出)，用于检测变频器是否断电，断电时发送信号给控制模块50。
由于开关模块40采用接触器Q，故所述储能模块60在变频器断电时还给所述接触器Q供电。所述储能模块60包括整流单元610和电容C1；整流单元610将市电整流后给所述电容C1充电。优选的，电容C1为大容量的电解电容，容量大，存储电能多。在高压变频器正常工作时，储能模块60通过220V市电输入给内部的电解电容C1充电，输出280V左右直流电压，该直流电压通过控制模块电源给控制模块50供电，同时在控制模块50控制接触器Q时，给接触器Q的线圈供电以实现接触器的吸合和断开。如图3所示，控制模块50通过两个继电器K4、K5来分别控制接触器Q的吸合、断开。
所述储能模块60还包括缓冲电阻R4和放电电阻R5；整流单元610的输出端通过缓冲电阻R4连接放电电阻R5的一端和电容C1的一端，放电电阻R5的另一端连接电容C1的另一端。所述整流单元610为整流桥，其输入端连接220V的市电。可见，本实施例中，控制模块电源采用直流电供电方式，正常情况下，储能模块60通过L、N(零火线)对电解电容C1充电，当高压变频器掉电时，电解电容C1上储存的能量还可以继续给控制模块50供电，当控制模块50检测到高压变频器的输入端J1掉电时，能够及时切断接触器Q，避免整机重新上高压电时，对系统冲击过大、造成前级空开跳开的风险。
综上所述，本发明为高压变频器的断电保护提供了一种成本更低，且可靠性更高的解决方案。直接通过220V交流电整流来给电解电容充电，且通过电解电容储存的能量来给主控系统(控制模块)供电，完成对接触器的吸合和分断。这种方案不仅满足了对高压变频器上电软启动，掉电断开接触器的目的，同时此种方案仅需要一个大容量电解电容和一块简易PCB单板就可以完成，该装置接线更简要快捷，成本更优，维护也更方便。
以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (10)

1.一种变频器的断电保护系统，包括：
缓冲模块，用于限流；
与缓冲模块并联的开关模块，闭合时缓冲模块短路；
功率单元；
其特征在于，还包括:
控制模块，用于在功率单元的电压达到预设电压时，闭合开关模块；在变频器断电时，断开开关模块；
储能模块，用于储能，在变频器断电时给控制模块供电。
2.如权利要求1所述的变频器的断电保护系统，其特征在于，所述变频器的交流输入端连接缓冲模块的一端和开关模块的一端，缓冲模块的另一端和开关模块的另一端均连接功率单元的输入端；所述储能模块通过控制模块连接开关模块的控制端。
3.如权利要求1所述的变频器的断电保护系统，其特征在于，所述储能模块利用电容储能。
4.如权利要求1所述的变频器的断电保护系统，其特征在于，所述储能模块包括整流单元和电容；整流单元将市电整流后给所述电容充电。
5.如权利要求4所述的变频器的断电保护系统，其特征在于，所述储能模块还包括缓冲电阻和放电电阻；整流单元的输出端通过缓冲电阻连接放电电阻的一端和电容的一端，放电电阻的另一端连接电容的另一端。
6.如权利要求1所述的变频器的断电保护系统，其特征在于，还包括断电检测模块，用于检测变频器是否断电。
7.如权利要求2所述的变频器的断电保护系统，其特征在于，还包括移相变压器；所述缓冲模块的另一端和开关模块的另一端均通过移相变压器连接功率单元的输入端。
8.如权利要求2所述的变频器的断电保护系统，其特征在于，所述开关模块包括接触器。
9.如权利要求8所述的变频器的断电保护系统，其特征在于，所述接触器包括第一触点开关、第二触点开关和第三触点开关；所述缓冲模块包括第一电阻、第二电阻和第三电阻；所述第一电阻的一端连接变频器的交流输入R端和第一触点开关的一端；所述第二电阻的一端连接变频器的交流输入S端和第二触点开关的一端；所述第三电阻的一端连接变频器的交流输入T端和第三触点开关的一端；所述第一电阻的另一端连接功率单元的输入端和第一触点开关的另一端；所述第二电阻的另一端连接功率单元的输入端和第二触点开关的另一端；所述第三电阻的另一端连接功率单元的输入端和第三触点开关的另一端。
10.一种变频器，其特征在于，包括如权利要求1-9任意一项所述的断电保护系统。
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