CN115136013A - 逆变器初始充电电路的故障诊断装置及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及逆变器初始充电电路的故障感测装置及其方法，本发明的初始充电电路故障感测装置使用与初始充电电路的初始充电电阻并联连接的光耦合器，并且利用在继电器接通状态下，若电流在初始充电电阻流动，则光耦合器被接通的情形，能够感测初始充电电路的继电器误运转与否，从而具有能够防止因继电器故障而大电流流过初始充电电阻引起的部件发生故障或烧损的效果。

Description

逆变器初始充电电路的故障诊断装置及其方法
技术领域
本发明涉及逆变器，尤其涉及逆变器的初始充电电路。
背景技术
逆变器和转换器共同是代表性的电力转换装置中的一种。逆变器在接收交流电力并转换为直流后，为了控制电动机而将所述直流再次转换为交流并控制电动机。所述逆变器以多样的形态使用在风扇、泵、电梯、移送装置、生产线等使用电动机的整个工业中。转换器是将交流或直流输入电源转换为直流的装置，其电力转换方式与逆变器相似，与逆变器同样地，其多样地使用在整个工业中。
逆变器中初始充电电路必不可少。初始充电电路防止由浪涌电流引起的过电流在逆变器的直流链路电容器流动，并且保护元件免受由整流部和直流端的寄生电感成分和浪涌电流产生的高电压的影响。
图1示出现有技术的一般的逆变器的结构。
整流部10将三相交流电源转换为直流电源并使直流链路电容器30充电，并且逆变器部40再次将直流链路电容器30中储存的直流电源转换为交流电源并传递给电动机。
为了防止由浪涌电流引起的过电流在直流链路电容器30流动，需要配备初始充电电路20，初始充电电路20包括初始充电电阻和继电器。
图2示出初始充电和逆变器运转时的电流的流动。
在初始充电时，初始充电电路20的继电器处于断开状态，因此，整流部10的输出电流经由初始充电电路20的初始充电电阻流向直流链路电容器30。若初始充电结束，则继电器将达到接通状态，整流部10的输出电流将经由初始充电电路20的继电器流向直流链路电容器30和电感器部40。
图3示出与时间对应地接入直流链路电容器的电压。
若DSP复位(DSP Reset)被解除，并且直流链路电容器的电压达到低电压解除(LVClear)电平以上，则初始充电电路的继电器接通(Relay On)，并且在就绪(Ready)时间点之后，未经过初始充电电路的初始充电电阻的电压32将如实线所示接入到直流链路电容器。若继电器未接通且继续经过初始充电电阻，则接入到直流链路电容器的电压34因由初始充电电阻引起的电压降而将如虚线所示呈现。
但是，即使在继电器接通的状态下，当对逆变器加载轻负载时，也可能会发生电压降，从而仅通过电压降无法区分继电器的接通/断开。因此，存在通过直流链路电容器的电压降无法判断初始充电电路中包括的继电器的故障与否的问题。
本发明的发明人一直在研究解决这样的现有技术的初始充电电路故障检测方法的问题。为了完成既能够使用于检测初始充电电路的故障的部件的追加达到最少，又能够有效地检测初始充电电路的故障的装置及方法，经过大量的努力后终于完成了本发明。
发明内容
发明所要解决的问题
本发明的目的在于，提供一种既能够使追加部件最少，又能够有效地检测继电器的故障的装置及方法。
本发明的另一目的在于，通过追加简单的部件来检测继电器的故障，预防由初始充电电阻引起的电力损失或部件的故障烧损等。
另一方面，本发明的未提及到的其他目的，将在能够从以下的详细说明及其效果容易推断出的范围内追加考虑。
解决问题的技术方案
本发明的逆变器初始充电电路故障感测装置，其包括：
继电器误运转检测部，包括光耦合器，所述光耦合器的输入侧与逆变器初始充电电路的初始充电电阻并联连接；电压检测部，包括第一电阻，所述第一电阻与所述光耦合器的输出侧并联连接；以及控制部，通过从所述电压检测部的第一电阻输出的输出电压来判断继电器误运转与否。
其特征在于，若电流在所述初始充电电阻中流动，则所述继电器误运转检测部的光耦合器处于接通状态。
较佳地，所述电压检测部还包括第二电阻，所述第一电阻和所述第二电阻串联连接，串联连接的所述第一电阻和所述第二电阻与所述逆变器的直流链路电容器并联连接。
若所述逆变器的初始充电完毕而在发生运转(Run)指令后所述第一电阻的输出电压为0，则所述控制部可以判断为所述初始充电电路发生故障。
本发明另一实施例的逆变器初始充电电路的故障感测方法，其包括：
在逆变器的初始充电完毕后使继电器接通的步骤；开始逆变器运转的步骤；感测直流链路电容器的电压降的步骤；判断与所述逆变器初始充电电路的初始充电电阻并联连接的光耦合器的接通/断开与否的步骤；以及若所述光耦合器为接通状态，则判断为所述初始充电电路的继电器误运转的步骤。
其特征在于，通过测量与所述光耦合器的输出侧并联连接的电阻的电压来判断所述光耦合器的接通/断开与否。
发明效果
根据本发明，具有通过追加不使用额外的电源或控制部的光耦合器，能够有效地检测初始充电电路的故障的效果。
另外，由于不使用基于现有的OPAMP(OPerational AMPlifier：运算放大器)等的电压检测方法，还具有能够节省费用的优点。
另一方面，需要明确的是，即便是未在此明确提及到的效果，通过本发明的技术特征而被期待的以下说明书中记载的效果以及潜在的效果，均视为被记载于本发明的说明书中。
附图说明
图1是现有技术的一般的逆变器的结构图。
图2示出在现有技术的逆变器中与继电器的接通/断开对应的电流的流动。
图3示出在现有技术的直流链路电容器中电压被充电的电平。
图4是本发明的优选的一实施例的初始充电电路故障感测装置的结构图。
图5是本发明的初始充电电路故障感测装置的更详细的结构图。
图6示出直流链路电容器的按不同运转的电压电平。
图7示出根据本发明检测出的信号的例。
图8是本发明的优选的另一实施例的初始充电电路的故障感测方法的流程图。
※需要明确的是，附图是为了理解本发明的技术思想而作为参考示出的，其并不限定本发明的保护范围。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的多样的实施例所提示的本发明的构成和从该构成得到的效果进行描述。关于在说明本发明时相关的公知功能，在其对于本领域技术人员而言显而易见并且判断为其可能会使本发明的要旨不清楚时，将省略对其的详细说明。
术语“第一”、“第二”等可以用于说明多样的结构要素，但是所述结构要素不应受限于上述术语。上述术语仅可用于区分一个结构要素与另一个结构要素。例如，在不脱离本发明的范围的情况下，“第一结构要素”可以被命名为“第二结构要素”，并且类似地，“第二结构要素”也可以被命名为“第一结构要素”。此外，除非上下文另有明确的规定，否则单数的表述包括复数的表述。除非另外定义，否则本发明的实施例中使用的术语可以被解释为本领域技术人员公知的含义。
以下，参照附图对本发明的多样的实施例所提示的本发明的构成和从该构成得到的效果进行说明。
图4是本发明的优选的一实施例的初始充电电路故障感测装置100的结构图。
初始充电电路故障感测装置100包括：继电器误运转检测部110、电压检测部120以及控制部130。
继电器误运转检测部110与初始充电电路的初始充电电阻并联连接，并检测继电器的误运转。
电压检测部120与直流链路电容器并联连接，并检测直流链路电容器的电压和用于判断继电器误运转的电压。
控制部130包括一个以上的处理器，通过从所述继电器电压检测部120检测出的电压来判断继电器的误运转。
图5是本发明的初始充电电路故障感测装置100的更详细的结构图。
继电器误运转检测部110包括输入电阻112和光耦合器114。输入电阻112串联连接于光耦合器114的输入侧。
电压检测部120包括：第一电阻124、第二电阻122以及电压测量器126。第一电阻124和第二电阻122串联连接，串联连接的第一电阻124和第二电阻122与直流链路电容器并联连接。第一电阻124与继电器误运转检测部110的光耦合器114输出部并联连接。
在初始充电电路中，若初始充电完毕后逆变器处于运转(Run)状态，则继电器处于接通状态，因此电流不会向初始充电电阻流动。于是，电流也不会在继电器误运转检测部110的光耦合器114中流动，从而光耦合器114处于开放状态。若光耦合器114处于开放状态，则电压测量装置126将测量接入到第一电阻124的电压，但是，由于第一电阻124和第二电阻122串联连接，因此，接入到直流链路电容器的电压将根据电阻比来被分配。例如，若接入到直流链路电容器的电压为330V，第一电阻124为20k欧姆，第二电阻122为200k欧姆，则接入到第一电阻124的电压将仅为接入到第二电阻122的电压的1/10，因此分配接入到第一电阻124的电压为30V，而分配接入到第二电阻122的电压为300V。因此，电压测量装置126测量出的电压将为30V。
另一方面，若初始充电结束后逆变器处于运转状态，然而初始充电电路的继电器仍然不是接通状态，则可以判断为继电器的误运转。若继电器处于断开状态，则电流将在初始充电电阻中流动，而不是在继电器中流动。若电流在初始充电电阻中流动，则电流也将在与之并联连接的光电二极管114中流动，并且光电二极管114将处于接通状态。
若光电二极管114处于接通状态，则光电二极管114的两端处于短路状态，因此，电压检测部120的第一电阻124的两端也被短路。因此，测量第一电阻124的两端的电压的电压测量装置126将会检测出的电压将为0。此时，电压会因初始充电电阻而降低，因此直流链路电容器的两端电压将低于正常情况。
若直流链路电容器两端的电压低于正常，并且电压测量装置126中测量出的电压低于基准值，则控制部130可以判断为初始充电电路的继电器发生故障。若即使直流链路电容器两端的电压低于正常，但电压测量装置126中测量出的值高于基准值，则可以将其判断为是逆变器的轻负载运转，而不是继电器的故障。
图6示出在如上所述的控制部中用于判断初始充电电路的故障的直流链路电容器的基准电压。
用于整个逆变器的运转的SMPS(Switching Mode Power Supply：开关电源)在非常小的电压66以上始终运转。
逆变器的运转电压保持在过电压电平61和在初始充电完毕后使继电器接通的低电压电平65之间。优选地，额定电压应当保持在额定最大电压62和额定最小电压64之间。在继电器处于接通状态下，由于没有初始充电电阻引起的电压降，因此直流链路电容器将保持预定的充电电压63，在继电器发生故障或轻负载运转等特别情况下，也会下降到充电电压63以下。此时，利用继电器误运转检测部110和电压检测部120，控制部可以判断出是正常电压降还是继电器误运转引起的电压降。
图7示出继电器误运转时检测出的信号的例。
在继电器误运转开始的时间点77出现信号的变化。
直流链路(DC-Link)电压示出经过初始充电电路之前测量的电压71和在直流链路电容器中测量的电压72。若继电器误运转，则整流部的输出电流将经过初始充电电阻，因此在经过初始充电电路之前测量的电压将发生更多的纹波(riffle)。另外，接入到直流链路电容器的电压72因初始充电电阻而下降。
继电器因误运转而从接通状态73切换为断开状态74。
在继电器误运转时，若光耦合器114接通，则电压检测部120检测的电压76将下降到0。
图8是本发明的优选的另一实施例的初始充电电路故障感测方法的流程图。
若逆变器的电源接通(步骤S10)，并且用于控制整个逆变器的SMPS运转(步骤S20)，则开始初始充电。
若直流链路电容器中充电的电压达到逆变器低电压解除(LV Clear)电平(步骤S30)，则初始充电结束，若初始充电电路的继电器切换为接通状态(步骤S40)，则逆变器开始正式运转(Run)(步骤S50)。
控制部判断直流链路电容器中是否发生电压降(步骤S60)，并且判断是由继电器的故障引起的电压降，还是由通常的低电压运转引起的电压降。
为此，控制部判断与初始充电电阻并联连接的光耦合器的状态，光耦合器的状态通过接入到与光耦合器的输出侧并联连接的电阻的电压来判断。若光耦合器处于接通状态，则被短路，从而与之并联连接的电阻的电压将是0，若光耦合器处于断开状态，则被开放，从而与之并联连接的电阻的电压将不是0。
因此，判断从与光耦合器并联连接的电阻检测出的电压是否为基准电压以下(步骤S70)，若为基准电压以下，则判断为继电器误运转(步骤S80)，并且可以执行显示警告消息或停止逆变器的运转等控制。
根据如上所述的本发明，具有通过不需要额外的电源或控制部的光耦合器，能够有效地判断初始充电电路的继电器故障与否的效果。
本发明的保护范围不限于以上明示性地说明的实施例的记载和表述。另外，再次重申的是，本发明所属技术领域中显而易见的变更或置换也不能限定本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种逆变器初始充电电路故障感测装置，其特征在于，
包括：
继电器误运转检测部，包括光耦合器，所述光耦合器的输入侧与逆变器初始充电电路的初始充电电阻并联连接；
电压检测部，包括第一电阻，所述第一电阻与所述光耦合器的输出侧并联连接；以及
控制部，通过从所述电压检测部的第一电阻输出的输出电压来判断继电器误运转与否。
2.根据权利要求1所述的逆变器初始充电电路故障感测装置，其特征在于，
若电流在所述初始充电电阻中流动，则所述继电器误运转检测部的光耦合器处于接通状态。
3.根据权利要求1所述的逆变器初始充电电路故障感测装置，其特征在于，
所述电压检测部还包括第二电阻，
所述第一电阻和所述第二电阻串联连接，
串联连接的所述第一电阻和所述第二电阻与所述逆变器的直流链路电容器并联连接。
4.根据权利要求1所述的逆变器初始充电电路故障感测装置，其特征在于，
若所述逆变器的初始充电完毕而在发生运转指令后所述第一电阻的输出电压为0，则所述控制部判断为所述初始充电电路发生故障。
5.一种逆变器初始充电电路故障感测方法，其由包括一个以上的处理器的控制部来执行，其特征在于，
包括：
在逆变器的初始充电完毕后使继电器接通的步骤；
开始逆变器运转的步骤；
感测直流链路电容器的电压降的步骤；
判断与所述逆变器初始充电电路的初始充电电阻并联连接的光耦合器的接通/断开与否的步骤；以及
若所述光耦合器为接通状态，则判断为所述初始充电电路的继电器误运转的步骤。
6.根据权利要求5所述的逆变器初始充电电路故障感测方法，其特征在于，
通过测量与所述光耦合器的输出侧并联连接的电阻的电压来判断所述光耦合器的接通/断开与否。
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