CN111130062A - 一种电机驱动系统的保护电路、方法及空调设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种电机驱动系统的保护电路、方法及空调设备。其中，该电路包括：电路包括：三相整流桥、电容、检测电路、开关电路；所述三相整流桥与电机定子绕组连接；所述电容的两端分别连接所述三相整流桥的直流输出端的第一端子和第二端子，用于储存电能并向所述开关电路供电；所述检测电路的输入端连接所述电容的两端，输出端连接所述开关电路的第一端，所述开关电路，第二端连接所述电容的第一端，第三端和第四端分别连接所述三相整流桥的直流输出端的第一端子和第二端子。通过本发明，能够使减速过程中产生的反电动势反馈回电机定子绕组，从而避免其反充至逆变器和直流母线电容，提高安全性。

Description

一种电机驱动系统的保护电路、方法及空调设备

技术领域

本发明涉及电子电路技术领域，具体而言，涉及一种电机驱动系统的保护电路、方法及空调设备。

背景技术

永磁同步电机因具有功率密度大、动态响应好等优点，在空调行业得到了广泛应用。特别是在变频空调中，一般通过驱动板对电机进行调速，达到变频的目的。驱动板的电路拓扑结构通常是“交-直-交”结构，直流部分的母线电压是恒定不变的，然而当电机在高速运行时突然出现过流或其他的故障时，电机会立刻保护停机。在电机从高速运转到静止的过程中，会产生很大的反电动势。如果不进行处理，那么该反电动势将反充至直流母线，在无储能电容驱动系统中，由于母线电容是一个电容值很小的薄膜电容，无法储存大量电能，反电动势会导致母线电压急速上升，从而造成逆变器、母线电容等元器件损坏。

针对现有技术中电机从高速运转到静止的过程中产生较大的反电动势，易造成驱动系统元器件损坏的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明实施例中提供一种电机驱动系统的保护电路、方法及空调设备，以解决现有技术中电机从高速运转到静止的过程中产生较大的反电动势，易造成驱动系统元器件损坏的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种电机驱动系统的保护电路，其中，该电路包括：三相整流桥、电容、检测电路、开关电路；

所述三相整流桥，与电机定子绕组连接；

所述电容，其第一端连接所述三相整流桥的直流输出端的第一端子，其第二端连接所述三相整流桥的直流输出端的第二端子，用于储存电能并向所述开关电路供电；

所述检测电路，其输入端连接所述电容的两端，其输出端连接所述开关电路的第一端，用于根据电机的运行状态控制开关电路的导通或关断；

所述开关电路，其第二端连接所述电容的第一端，其第三端连接所述三相整流桥的直流输出端的第一端子，其第四端连接所述三相整流桥的直流输出端的第二端子用于在电机处于正常状态时关断，在电机处于减速状态时导通。

进一步地，所述检测电路包括：

相串联的第一电阻和第一稳压管，串联形成的第一支路的第一端连接所述电容的第一端，所述第一支路的第二端连接所述电容的第二端；

相串联的第二电阻和第三电阻，串联形成的第二支路的第一端连接所述电容的第一端，所述第二支路的第二端连接所述电容的第二端；

比较器，其第一输入端连接在所述第一电阻与所述第一稳压管之间，其第二输入端连接在所述第二电阻与所述第三电阻之间，输出端连接所述开关电路，所述比较器用于在所述第一输入端的电压大于第二输入端的电压时，输出高电平信号，在所述第一输入端的电压小于第二输入端的电压时，输出低电平信号。

进一步地，所述第三电阻为可变电阻。

进一步地，所述比较器的第三输入端连接所述电容的第一端，第四端连接所述电容的第二端，以使所述电容为所述比较器供电。

进一步地，所述开关电路包括：

第一开关，其第一极连接所述三相整流桥的直流输出端的第一端子，其第二极连接所述三相整流桥的直流输出端的第二端子，用于控制电机减速时产生的反电动反馈回电机定子绕组；

第二开关，其第一极连接所述比较器的输出端，其第二极连接所述电容的第一端，其第三极连接所述第一开关的第三极，用于根据所述比较器输出的低电平信号或者高电平信号控制所述第一开关的导通或者关断。

进一步地，所述第一开关为晶闸管开关，所述第二开关为三极管开关或者MOS管开关。

进一步地，所述开关电路还包括：

第四电阻，设置在所述比较器的输出端与所述第二开关的第一极之间，用于限制输入所述第二开关的电流大小。

进一步地，所述电路还包括：

第五电阻，设置在所述第一支路的第一端与所述电容的第一端之间，用于限制所述电容的充电电流。

进一步地，所述电路还包括：

第二稳压管，并联设置在所述电容的两端，用于限制所述电容两端的最大电压。

本发明还提供一种空调设备，包括电机，还包括上述电机驱动系统的保护电路。

应用本发明的技术方案，通过检测电路检测电机的状态根据检测结果输出控制信号，控制开关电路的导通或者关断，当电机在高速运行时突然出现故障，导致电机减速时，控制开关电路导通，使减速过程中产生的反电动势通过三相整流桥反馈回电机定子绕组，被电机定子绕组吸收，从而避免其反充至逆变器和直流母线电容，保护电机驱动系统的元器件不被损坏，提高安全性。

附图说明

图1为现有的电机驱动系统的拓扑结构图；

图2为根据本发明实施例的电机驱动系统的保护电路的结构图；

图3为根据本发明另一实施例的电机驱动系统的保护电路的结构图；

图4为根据本发明实施例的保护电路与电机驱动系统的连接关系图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义，“多种”一般包含至少两种。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

应当理解，尽管在本发明实施例中可能采用术语第一、第二等来描述开关，但这些开关不应限于这些术语。这些术语仅用来将不同功能的开关区分开。例如，在不脱离本发明实施例范围的情况下，第一开关也可以被称为第二开关，类似地，第二开关也可以被称为第一开关。

取决于语境，如在此所使用的词语“如果”、“若”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”或“响应于检测”。类似地，取决于语境，短语“如果确定”或“如果检测(陈述的条件或事件)”可以被解释成为“当确定时”或“响应于确定”或“当检测(陈述的条件或事件)时”或“响应于检测(陈述的条件或事件)”。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者装置中还存在另外的相同要素。

下面结合附图详细说明本发明的可选实施例。

实施例1

变频空调中，一般通过驱动系统对电机进行调速，达到变频的目的。图1为现有的电机驱动系统的拓扑结构图，如图1所示，所述驱动电路拓扑结构通常是“交-直-交”结构，即通过整流器1将电网输出的交流电转化为直流电输出至逆变器2，再通过逆变器2将整流器输出的直流电转换为交流电，输出至电机3，整流器1和逆变器2之间的两条直流母线的电压是恒定不变的，该两条直流母线上并接直流母线电容C，其中一条直流母线与电容C的一端之间还串联接入电感L，当电机在高速运行时突然出现过流或其他的故障时，电机会立刻保护停机，在电机从高速运转到静止的过程中，会产生很大的反电动势，如果不进行处理，那么该反电动势将反充至直流母线，在无储能电容驱动系统中，由于直流母线电容C是一个电容值很小的薄膜电容，无法储存大量电能，反电动势会导致母线电压急速上升，从而造成逆变器、母线电容等元器件损坏。

为了解决上述问题，本实施例提供一种电机驱动系统的保护电路，图2为根据本发明实施例的电机驱动系统的保护电路的结构图，如图2所示，该电路包括：三相整流桥11，该三相整流桥11包括三个并联的支路，每个支路包括两个首尾顺次串联的二极管，每个支路中的二极管之间的导线分别连接电机定子绕组14的U、V、W三个相线，该电机定子绕组14连接驱动系统15；电容C1，电容C1的第一端连接所述三相整流桥11的直流输出端的第一端子，电容C1的第二端连接所述三相整流桥11的直流输出端的第二端子，用于储存三相整流桥输出的电能并向所述开关电路13供电；检测电路12，其输入端包括四个连接端，第一连接端和第二连接端连接在电容C1的第一端与三相整流桥11的直流输出端的第一端子之间，第三连接端和第四连接端连接在电容C1的第二端与三相整流桥11的直流输出端的第二端子之间，该检测电路12的输出端连接开关电路13的第一端，由于电机减速时会产生反向电动势，因此，在电机减速时，检测电路12的输入端的第二连接端和第四连接端之间的检测点的电压会增大，该检测电路12能够通过检测到的电压的增大判断电机处于正常状态还是减速状态，在电机处于减速状态时控制开关电路13的导通，电机处于正常状态时关断；开关电路13的第二端连接电容C1的第一端，第三端连接三相整流桥11的直流输出端的第一端子，第四端连接所述三相整流桥11的输出端的第二端子，在电机处于正常状态时关断，不接入电路，在电机定子绕组14处于减速状态时导通，使与电机定子绕组14连接的逆变器和整流器被短路，而三相整流桥11与电机定子绕组14之间导通，以控制电机减速时产生的反电动反馈回电机定子绕组14，而不是反充至驱动系统中的逆变器、直流母线电容或者整流器。

在本实施例中，通过检测电路检测电机的状态根据检测结果输出控制信号，控制开关电路的导通或者关断，当电机在高速运行时突然出现故障时，导致电机减速时，控制开关电路导通，使减速过程中产生的反电动势通过三相整流桥反馈回电机定子绕组，被电机定子绕组吸收，从而避免其反充至逆变器、直流母线电容或整流器，保护电机驱动系统的元器件不被损坏，提高安全性。

实施例2

本实施例提供另一种电机驱动系统的保护电路，图3为根据本发明另一实施例的电机驱动系统的保护电路的结构图，为了进一步实现通过检测电机减速时电压的增大，进而控制开关电路的导通，如图3所示，该电机驱动系统的保护电路中的检测电路13包括：第一电阻R1和第一稳压管D1，该第一电阻R1和第一稳压管D1之间串联，串联形成的第一支路的第一端连接所述电容C1的第一端，该第一支路的第二端连接所述电容C1的第二端；还包括：第二电阻R2和第三电阻R3，该第二电阻R2和第三电阻R3之间串联，串联形成的第二支路的第一端连接所述电容C1的第一端，所述第二支路的第二端连接所述电容C1的第二端；该检测电路13还包括比较器U1，比较器U1的第一输入端连接在所述第一电阻R1与所述第一稳压管D1之间，由于第一稳压管D1两端的电压保持不变，因此，第一电阻R1与第一稳压管D1之间的连接点输出的电压保持不变，该电压作为比较器U1的参考电压Vr，比较器U1的第二输入端连接在第二电阻R2与所述第三电阻R3之间，在电机减速时，第二电阻R2与所述第三电阻R3之间的连接点输出的电压V1会增大，因此其与参考电压Vr的大小关系也发生变化，通过配置第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3的阻值以及第一稳压管D1两端的电压，能够使比较器U1在电机正常工作时，电压V1小于参考电压Vr，使比较器U1输出高电平信号，在电机减速时，电压V1上升至大于参考电压Vr，使比较器U1输出低电平信号。

在实施例中，所述第三电阻R3的阻值可变，通过调整第三电阻R3的阻值，就能够改变电压V1和实际反电动势之间的比例关系，从而确保当反电动势增加到一定值时，保护电路中的第一开关T1立即导通，开启保护功能。

为了保证比较器U1正常工作，需要向其提供一个稳定的电源电压，因此比较器U1还包括第三输入端和第四输入端，第三输入端连接电容C1的第一端，第四端连接电容C1的第二端，通过电容C1为比较器U1供电。

上述比较器U1的输出端连接开关电路13，为了实现将电机减速时产生的反向电动势反馈至电机定子绕组14，需要实现当上述比较器U1输出高电平信号时，开关电路电路13关断，当上述比较器U1输出低电平信号时，开关电路电路13导通，为了实现这一目的，如图3所示，上述开关电路13包括：第一开关T1，其第一极连接所述三相整流桥11的直流输出端的第一端子，其第二极连接所述三相整流桥11的输出端的第二端子，以控制电机减速时产生的反电动反馈回电机定子绕组14；第二开关T2，该第二开关T2的第一极连接所述比较器U1的输出端，第二极连接所述电容C1的第一端，第三极连接所述第一开关T1的第三极，在上述比较器U1输出低电平信号时，第二开关T2导通，进而控制电容C1的第一端向第一开关T1提供高电压，以控制第一开关T1导通，比较器U1输出高电平信号时，第二开关T2关断，进而控制第一开关T1关断。在具体实施时，第一开关T1可以采用晶闸管开关，第二开关T2可以采用三极管开关或者MOS管开关。如果采用三极管开关，优选为PNP型三极管开关，在基极(即第二开关T2的第一端)输入低电平信号时导通，在基极输入高电平时截止。

由于第二开关T2为三极管开关或者MOS管开关，如果通入的电流过大，会造成器件无法正常工作，甚至损坏，因此，为了控制第二开关T2的工作电流，如图3所示，所述开关电路13还包括：第四电阻R4，第四电阻R4设置在比较器U1的输出端与第二开关T2的第一极之间，用于限制输入第二开关T2的电流大小，使其不超过第二开关T2的工作电流，进而使第二开关T2正常工作。

上述实施例中，通过三相整流桥11对电容C1充电，以使电容C1对开关电路和检测电路充电，为了避免充电过程中充电电流过大，造成电容C1过充，如图3所示，该电机驱动系统的保护电路还包括：第五电阻R5，设置在第一电阻R1和第一稳压管D1串联形成的第一支路的第一端与电容C1的第一端之间，用于限制电容C1的充电电流。

由于电容C1电容值一定，为了限制电容C1两端的电压，防止电容C1被击穿，如图3所示，该电机驱动系统的保护电路还包括：第二稳压管D2，该第二稳压管D2并联设置在所述电容C1的两端，用于限制所述电容C1两端的最大电压。

实施例3

本实施例提供另一种电机驱动系统的保护电路，用于保护电机的驱动系统，在小母线电容驱动系统中，由于母线电容小，储存的能量有限，因此电机减速过程中产生的反电动势很容易反充至整流器和逆变器之间的直流母线而导致该直流母线电压升高，造成母线电容被击穿。因此提出一种小母线电容电机驱动系统的过压保护电路，当电机在高速运行时突然出现过流或其他的故障时，通过电机定子绕组吸收减速过程中产生的反电动势，从而避免其反充至直流母线，保护元器件不被损坏。

图4为根据本发明实施例的保护电路与电机驱动系统的连接关系图，如图4所示，在正常工作时，电网输入的三相电压经过电机驱动系统400中的整流器41并经过电感L4、母线电容C4滤波后得到稳定的直流母线电压，然后再通过逆变器42控制电机运行。电机的端电压经过保护电路的三相整流桥44后，再经电阻R41给电容C41充电，通过稳压管D42来限制电容C41两端的最大电压。晶闸管开关T41，通常情况下是关断状态，该保护电路还包括比较器U1、第一电阻R41第二电阻R42、第三电阻R43、以及稳压管D41，第一电阻R41以及稳压管D41形成的分压结构用来给比较器U41提供稳定的参考电压Vr；第二电阻R42、第三电阻R43形成的分压结构输出比较电压V1；在电机正常工作的情况下，参考电压Vr＞比较电压V1，比较器U41输出高电平，该保护电路还包括三极管T42，在比较器U41输出低电平时导通，在本实施例中，第三电阻R43为可变电阻，通过调整电阻R43的阻值，就能够改变比较电压V1和实际反电动势之间的比例关系。从而确保当反电动势增加到一定程度的时候保护电路的晶闸管开关T41立即导通，保护功能开启。

当电机在高速运行时突然出现过流或其他的故障时，电机会立即减速。在减速过程中会产生很大的反电动势，此时，反电动势通过保护电路中的第二电阻R42、第三电阻R43进行分压，导致比较电压V1迅速增大，使得V1>Vr，于是比较器U41输出低电平，使三极管T42导通。然后电容C1通过三极管T42给晶闸管T41电压信号，使晶闸管开关T41导通；

晶闸管开关T41导通以后，电机驱动系统400和第一电阻R41、第二电阻R42、第三电阻R43以及稳压管D41均被短路，电机定子绕组43与过压保护电路的三相整流桥44及晶闸管开关T41形成的回路导通，反电动势消耗在电机定子绕组43上，避免反充至直流母线而导致元器件损坏。

该保护电路中还包括：第四电阻R44，设置在比较器U41的输出端与三极管T42的第一极之间，用于限制输入三极管T42的电流大小，使其不超过三极管T42的工作电流，进而使三极管T42正常工作；

保护电路中还包括：第五电阻R45，设置在第一电阻R41和第一稳压管D41串联形成的支路的第一端与电容C41的正极之间，用于限制电容C41的充电电流。

本实施例的电机驱动系统保护电路完全是通过硬件方式进行过压保护，响应速度非常快，相比于现有软件过压保护方式具有很大的优势。

实施例4

本实施例提供一种空调设备，包括电机，该设备还包括上述电机驱动系统的保护电路。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种电机驱动系统的保护电路，其特征在于，所述电路包括：三相整流桥、电容、检测电路、开关电路；

所述三相整流桥，与电机定子绕组连接；

所述电容，其第一端连接所述三相整流桥的直流输出端的第一端子，其第二端连接所述三相整流桥的直流输出端的第二端子，用于储存电能并向所述开关电路供电；

所述检测电路，其输入端连接所述电容的两端，其输出端连接所述开关电路的第一端，用于根据电机的运行状态控制开关电路的导通或关断；

所述开关电路，其第二端连接所述电容的第一端，其第三端连接所述三相整流桥的直流输出端的第一端子，其第四端连接所述三相整流桥的直流输出端的第二端子，用于在电机处于正常状态时关断，在电机处于减速状态时导通。

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述检测电路包括：

相串联的第一电阻和第一稳压管，串联形成的第一支路的第一端连接所述电容的第一端，所述第一支路的第二端连接所述电容的第二端；

相串联的第二电阻和第三电阻，串联形成的第二支路的第一端连接所述电容的第一端，所述第二支路的第二端连接所述电容的第二端；

比较器，其第一输入端连接在所述第一电阻与所述第一稳压管之间，其第二输入端连接在所述第二电阻与所述第三电阻之间，输出端连接所述开关电路，所述比较器用于在所述第一输入端的电压大于第二输入端的电压时，输出高电平信号，在所述第一输入端的电压小于第二输入端的电压时，输出低电平信号。

3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述第三电阻为可变电阻。

4.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述比较器的第三输入端连接所述电容的第一端，第四端连接所述电容的第二端，以使所述电容为所述比较器供电。

5.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述开关电路包括：

第一开关，其第一极连接所述三相整流桥的直流输出端的第一端子，其第二极连接所述三相整流桥的直流输出端的第二端子，用于控制电机减速时产生的反电动势反馈回电机定子绕组；

第二开关，其第一极连接所述比较器的输出端，其第二极连接所述电容的第一端，其第三极连接所述第一开关的第三极，用于根据所述比较器输出的低电平信号或者高电平信号控制所述第一开关的导通或者关断。

6.根据权利要求5所述的电路，其特征在于，所述第一开关为晶闸管开关，所述第二开关为三极管开关或者MOS管开关。

7.根据权利要求5所述的电路，其特征在于，所述开关电路还包括：

第四电阻，设置在所述比较器的输出端与所述第二开关的第一极之间，用于限制输入所述第二开关的电流大小。

8.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述电路还包括：

第五电阻，设置在所述第一支路的第一端与所述电容的第一端之间，用于限制所述电容的充电电流。

9.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述电路还包括：

第二稳压管，并联设置在所述电容的两端，用于限制所述电容两端的最大电压。

10.一种空调设备，包括电机，其特征在于，所述空调设备还包括权利要求1至9中任一项所述的电机驱动系统的保护电路。

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