CN115800864A - 一种变频器的节能装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变频器的节能装置及控制方法，其包括：节能单元，所述节能单元与变频器的整流单元的母线输出端、逆变单元的直流输入端电连接，所述节能单元包括：第一旁路、开关旁路、第二旁路、第三旁路、控制器和防反接整流旁路，以及对应的控制方法。实现了存储变频器制动刹车时，电机产生的再生电，并在需要时将存储的电能释放出来，进而达到节能的目的，同时，能够有效避免使用者搭建电路时反接，导致电路烧毁。

Description

一种变频器的节能装置及控制方法

技术领域

本发明涉及到变频器技术设备领域，尤其涉及到一种变频器的节能装置及控制方法。

背景技术

变频器是通过改变电机工作电源频率的方式来控制交流电动机的电力控制设备。变频器主要由整流、滤波、逆变、制动、驱动、检测单元组成，目的是根据电机的实际需求来提供其所需的电源电压，进而达到节能、调速。

变频器在刹车制动时，电动机会再生发电，使得直流母线电压升高，现有的做法是在变频器的直流母线端接制动单元、制动电阻，消耗掉变频器的再生直流电，使得变频器实现快速平稳的刹车目的。

为了进一步地践行节能的目的，再生的直流电应当得到进一步的利用，而不是白白消耗掉，因此，如何对再生电力进行储能、利用便成为了变频器的节能技术的难点之一。

再是，再生电力在储能过程、放电过程中如何保障其他电路的稳定性、供电系统的稳定性。

因此，亟需一种能够解决以上一种或多种问题的变频器的节能装置及控制方法。

发明内容

为解决现有技术中存在的一种或多种问题，本发明提供了一种变频器的节能装置及控制方法。本发明为解决上述问题采用的技术方案是：一种变频器的节能装置，其特征在于，节能单元，所述节能单元与变频器的整流单元的母线输出端、逆变单元的直流输入端电连接，所述节能单元包括：第一旁路、开关旁路、第二旁路、第三旁路和控制器；

所述第一旁路包括：第一电容和第二电容，所述第一电容和所述第二电容串联，所述第一旁路与整流单元的母线输出端、逆变单元的直流输入端电连接；

所述开关旁路包括：第一IGBT和第二IGBT，所述第一IGBT和所述第二IGBT串联，所述第一IGBT的发射极与所述第二IGBT的集电极电连接，所述开关旁路与所述第一旁路并联；

所述第二旁路包括：电流传感器、第一电感和第三电容，所述电流传感器的输入端与所述第一IGBT的发射极、所述第二IGBT的集电极电连接，所述第一电感的输入端与所述电流传感器的输出端电连接，所述第一电感的输出端与所述第三电容的输入端电连接，所述第三电容的输出端与所述第二IGBT的发射极电连接；

所述第三旁路包括：第一开关支路和充放支路，所述第一开关支路的输入端与所述第三电容并联，所述第一开关支路的输出端与所述充放支路的输入端电连接，所述充放支路的输出端与电池电连接；

所述控制器与所述第一IGBT的栅极、所述第二IGBT的栅极、所述电流传感器、整流单元的母线输出端、电池电连接。

在一些实施例中，还包括：温度传感器，所述温度传感器用于采样电池的温度，所述温度传感器与所述控制器电连接。

在一些实施例中，还包括：防反接整流旁路，所述防反接整流旁路包括：第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管，所述第一、二、三、四二极管组成全桥整流电路，所述第一二极管与第一继电器并联，所述第二二级管与第二继电器并联，所述第三二极管与第三继电器并联，所述第四二极管与第四继电器并联，所述第一、二、三、四继电器与所述控制器电连接，所述防反接整流旁路与整流单元的母线输出端、逆变单元的直流输入端电连接，所述第一旁路并联在所述防反接整流旁路的输出端。

在一些实施例中，所述第一IGBT、所述第二IGBT电连接有续流二极管。

在一些实施例中，所述第一开关支路包括空气开关。

以及所述的变频器的节能装置的控制方法，其包括：S010，电池充电，当变频器刹车制动时，控制器检测直流母线端的电压是否大于或等于预设阈值V0，若是则执行电池充电动作；

S011，电池充电动作，控制器控制第一IGBT脉宽导通、第二IGBT关断，第一开关支路导通，电池开始充电；

S012，控制器通过电流传感器对充电电流Ib1进行采样和反馈控制，使得电池的充电电流Ib1在额定充电电流范围内；

S013，控制器通过温度传感器采样电池温度Tbt，若电池温度Tbt大于或等于预设阈值Tb0，则停止对电池进行充电，并可进行报警；

S014，控制器采样电池的电压Vbt，若电压Vbt大于或等于预设阈值Vb0，则判断电池充满，并停止对电池进行充电，并可进行提醒；

S020，电池放电，当变频器电动运行，为耗电状态时，控制器检测直流母线端的电压是否小于或等于预设阈值V1，若是则执行电池放电动作；

S021，电池放电动作，控制器控制第二IGBT脉宽导通、第一IGBT关断，第一开关支路导通，电池开始放电；

S022，控制器通过电流传感器对放电电流Ib2进行采样和反馈控制，使得电池的放电电流Ib2在额定放电电流范围内；

S023，控制器通过温度传感器采样电池温度Tbt，若电池温度Tbt大于或等于预设阈值Tb0，则停止对电池进行充电，并可进行报警；

S024，控制器采样电池的电压Vbt，若电压Vbt小于或等于预设阈值Vb1，则判断电池为电量少状态，并停止对电池进行放电，并可进行提醒。

在一些实施例中，还包括：S030，防反接，控制器检测防反接整流旁路的直流输入电压Vdc，若Vdc大于0，则判断直流母线为正接，若Vdc小于0，则判断直流母线为反接；

S031，正接控制，控制器控制第二、三继电器闭合，第一、四继电器断开；

S032，反接控制，控制器控制第一、四继电器闭合，第二、三继电器断开。

本发明取得的有益价值是：本发明通过将第一旁路、开关旁路、第二旁路、第三旁路、控制器以及其他支路、元器件组成节能单元，并连接在变频器的整流单元的母线输出端、逆变单元的直流输入端，再配合对应的控制方法，实现了在变频器制动时，将电机的发电量存储到电池中，在变频器电动运行时，将电池存储的电量释放到直流母线端，使得三相交流端输入的电量降低，进而达到节能的目的；通过防反接整流旁路与控制方法，使得节能单元在电连接时，无需区分正负两极是否反接，方便使用者去搭建电路，避免了使用者反接正负两极。以及实现了电池的快速充电、升压放电，同时在电池使用的过程中进行过载、短路保护。以上极大地提高了本发明的实用价值。

附图说明

图1为本发明的电路示意框图；

图2为本发明的电路原理图I；

图3为本发明的电路原理图II；

图4为本发明的控制方法的示意框图。

【附图标记】

第一二极管···D1

第二二极管···D2

第三二极管···D3

第四二极管···D4

第一继电器···R1

第二继电器···R2

第三继电器···R3

第四继电器···R4

第一电容···C1

第二电容···C2

第一IGBT···T1

第二IGBT···T2

续流二极管···T1D、T2D

电流传感器···H1

第一电感···L1

第三电容···C3

空气开关···QF1。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加浅显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例限制。

如图1-图3所示，本发明公开了一种变频器的节能装置，其包括：节能单元，所述节能单元与变频器的整流单元的母线输出端(DC+、DC-)、逆变单元的直流输入端电连接，所述节能单元包括：第一旁路、开关旁路、第二旁路、第三旁路和控制器；

所述第一旁路包括：第一电容C1和第二电容C2，所述第一电容C1和所述第二电容C2串联，所述第一旁路与整流单元的母线输出端、逆变单元的直流输入端电连接；

所述开关旁路包括：第一IGBT T1和第二IGBT T2，所述第一IGBT T1和所述第二IGBT T2串联，所述第一IGBT T1的发射极与所述第二IGBT T2的集电极电连接，所述开关旁路与所述第一旁路并联；

所述第二旁路包括：电流传感器H1、第一电感L1和第三电容C3，所述电流传感器H1的输入端与所述第一IGBT T1的发射极、所述第二IGBT T2的集电极电连接，所述第一电感L1的输入端与所述电流传感器H1的输出端电连接，所述第一电感L1的输出端与所述第三电容C3的输入端电连接，所述第三电容C3的输出端与所述第二IGBT T2的发射极电连接；

所述第三旁路包括：第一开关支路和充放支路，所述第一开关支路的输入端与所述第三电容C3并联，所述第一开关支路的输出端与所述充放支路的输入端电连接，所述充放支路的输出端与电池(V1-V4)电连接，所述充放支路可为导线；

所述控制器与所述第一IGBT T1的栅极、所述第二IGBT T2的栅极、所述电流传感器H1、整流单元的母线输出端、电池电连接，所述控制器可为MCU。

在一些实施例中，还包括：温度传感器，所述温度传感器用于采样电池的温度，所述温度传感器与所述控制器电连接，所述温度传感器设置在电池仓内。

特别地，如图2、图3所示，所述第一IGBT T1、所述第二IGBT T2电连接有续流二极管T1D、T2D。所述第一开关支路主要起到导通、断开电路的作用，在实施时，可通过空气开关QF1和导线组成所述第一开关支路。同理，所述充放支路主要起到连接电池与所述第一开关支路的作用，在实施时，所述充放支路可为导线构成。

具体地，如图3所示，还包括：防反接整流旁路，所述防反接整流旁路包括：第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4，所述第一、二、三、四二极管组成全桥整流电路，所述第一二极管D1与第一继电器R1并联，所述第二二级管D2与第二继电器R2并联，所述第三二极管D3与第三继电器R3并联，所述第四二极管D4与第四继电器R4并联，所述第一、二、三、四继电器与所述控制器电连接，所述防反接整流旁路与整流单元的母线输出端(DC+、DC-)、逆变单元的直流输入端电连接，所述第一旁路、所述开关旁路并联在所述防反接整流旁路的输出端。

通过所述防反接整流旁路实现无需区分直流母线端的正负极，进而便于搭建电路和避免使用者接反正负极，保护变频器的整流单元和其他电路内的元器件，避免短路导致电池起火。在上电初期，无论直流母线端正接还是反接，通过所述防反接整流旁路进行处理后，都能保证变频器直流母线电压正确输送到所述第一IGBT T1(正极)和所述第二IGBT T2(负极)。

需要说明的是，实施时优选采用可快速充电、放电的电池，电池电压范围优选12-96v，以满足用户对电池容量、电压的需求，电池可串联组成电池组，如图2、图3所示，V1-V4为12v的电池，它们串联组成48V等级的电池组。

需要指出的是，选用空气开关QF1的目的是：过载保护、短路保护；在电池需要升级更换时，空气开关QF1可以物理上断开电池的两极，实现在安全的情况下进行电池升级更换。所述电流传感器H1可为霍尔元件。

如图4所示，本发明还公开了一种变频器的节能装置的控制方法，所述控制方法包括：S010，电池充电，当变频器刹车制动时，控制器检测直流母线端的电压是否大于或等于预设阈值V0，如V0为640v，若是则执行电池充电动作；

S011，电池充电动作，控制器控制第一IGBT T1脉宽导通、第二IGBT T2关断，第一开关支路导通，电流经过所述电流传感器H1、所述第一电感L1、所述空气开关QF1到电池端，电池开始充电，实现存储再生电；

S012，控制器通过电流传感器H1对充电电流Ib1进行采样和反馈控制，使得电池的充电电流Ib1在额定充电电流范围内；

S013，控制器通过温度传感器采样电池温度Tbt，若电池温度Tbt大于或等于预设阈值Tb0，如Tb0为60度，则停止对电池进行充电，并可进行报警；

S014，控制器采样电池的电压Vbt，若电压Vbt大于或等于预设阈值Vb0，如Vb0为67.5v(对应48v的电池的充满状态)，则判断电池充满，并停止对电池进行充电，并可进行提醒；

S020，电池放电，当变频器电动运行，为耗电状态时，控制器检测直流母线端的电压是否小于或等于预设阈值V1，如V1为600v，若是则执行电池放电动作；

S021，电池放电动作，控制器控制第二IGBT T2脉宽导通、第一IGBT T1关断，第一开关支路导通，电池开始放电，此时三相交流电R、S、T给变频器供电减少；

S022，控制器通过电流传感器H1对放电电流Ib2进行采样和反馈控制，使得电池的放电电流Ib2在额定放电电流范围内；

S023，控制器通过温度传感器采样电池温度Tbt，若电池温度Tbt大于或等于预设阈值Tb0，如Tb0为60度，则停止对电池进行充电，并可进行报警；

S024，控制器采样电池的电压Vbt，若电压Vbt小于或等于预设阈值Vb1，如Vb1为38v(对应48v电池剩余10％电量的状态)，则判断电池为电量少状态，并停止对电池进行放电，并可进行提醒；

S030，防反接，控制器检测防反接整流旁路的直流输入电压Vdc，若Vdc大于0，则判断直流母线为正接，若Vdc小于0，则判断直流母线为反接；

S031，正接控制，控制器控制第二、三继电器R2、R3闭合，第一、四继电器R1、R4断开，保障第一IGBT T1端为正极，第二IGBT T2端为负极；

S032，反接控制，控制器控制第一、四继电器R1、R4闭合，第二、三继电器R2、R3断开，保障第一IGBT T1端为正极，第二IGBT T2端为负极。

需要说明的是，实施时，变频器接380v三相交流电，经过整流单元后，其直流母线端的电压为537v；在变频器刹车制动时，电机M再生发电会使得直流母线端的电压升高，如升高到640v，此时启用所述控制方法的S010-S014，以实现储能；在变频器电动运行时，其直流母线端的电压为537v左右，此时启用所述控制方法的S020-S024，同时三相交流电R、S、T给变频器的供电减少，实现变频器节能的目的；在所述节能单元接入到变频器的直流母线端时，启用所述控制方法的S030-S032，实现正反接均可用的目的。

特别地，Ib1、Ib2的选择与IGBT的选择有关，如：IGBT选择100A，则可控制Ib1、Ib2不大于100A，Ib1、Ib2的安全电流值为80A最为合适。

综上所述，本发明通过将第一旁路、开关旁路、第二旁路、第三旁路、控制器以及其他支路、元器件组成节能单元，并连接在变频器的整流单元的母线输出端、逆变单元的直流输入端，再配合对应的控制方法，实现了在变频器制动时，将电机的发电量存储到电池中，在变频器电动运行时，将电池存储的电量释放到直流母线端，使得三相交流端输入的电量降低，进而达到节能的目的；通过防反接整流旁路与控制方法，使得节能单元在电连接时，无需区分正负两极是否反接，方便使用者去搭建电路，避免了使用者反接正负两极。以及实现了电池的快速充电、升压放电，同时在电池使用的过程中进行过载、短路保护。

以上所述的实施例仅表达了本发明的一种或多种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此理解为对本发明专利的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种变频器的节能装置，其特征在于，节能单元，所述节能单元与变频器的整流单元的母线输出端、逆变单元的直流输入端电连接，所述节能单元包括：第一旁路、开关旁路、第二旁路、第三旁路和控制器；

所述第一旁路包括：第一电容和第二电容，所述第一电容和所述第二电容串联，所述第一旁路与整流单元的母线输出端、逆变单元的直流输入端电连接；

所述开关旁路包括：第一IGBT和第二IGBT，所述第一IGBT和所述第二IGBT串联，所述第一IGBT的发射极与所述第二IGBT的集电极电连接，所述开关旁路与所述第一旁路并联；

所述第二旁路包括：电流传感器、第一电感和第三电容，所述电流传感器的输入端与所述第一IGBT的发射极、所述第二IGBT的集电极电连接，所述第一电感的输入端与所述电流传感器的输出端电连接，所述第一电感的输出端与所述第三电容的输入端电连接，所述第三电容的输出端与所述第二IGBT的发射极电连接；

所述第三旁路包括：第一开关支路和充放支路，所述第一开关支路的输入端与所述第三电容并联，所述第一开关支路的输出端与所述充放支路的输入端电连接，所述充放支路的输出端与电池电连接；

所述控制器与所述第一IGBT的栅极、所述第二IGBT的栅极、所述电流传感器、整流单元的母线输出端、电池电连接。

2.根据权利要求1所述的一种变频器的节能装置，其特征在于，温度传感器，所述温度传感器用于采样电池的温度，所述温度传感器与所述控制器电连接。

3.根据权利要求1所述的一种变频器的节能装置，其特征在于，还包括：防反接整流旁路，所述防反接整流旁路包括：第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管，所述第一、二、三、四二极管组成全桥整流电路，所述第一二极管与第一继电器并联，所述第二二级管与第二继电器并联，所述第三二极管与第三继电器并联，所述第四二极管与第四继电器并联，所述第一、二、三、四继电器与所述控制器电连接，所述防反接整流旁路与整流单元的母线输出端、逆变单元的直流输入端电连接，所述第一旁路并联在所述防反接整流旁路的输出端。

4.根据权利要求1所述的一种变频器的节能装置，其特征在于，所述第一IGBT、所述第二IGBT电连接有续流二极管。

5.根据权利要求1所述的一种变频器的节能装置，其特征在于，所述第一开关支路包括空气开关。

6.一种如权利要求1-5中任意一项所述的变频器的节能装置的控制方法，其特征在于，S010，电池充电，当变频器刹车制动时，控制器检测直流母线端的电压是否大于或等于预设阈值V0，若是则执行电池充电动作；

S011，电池充电动作，控制器控制第一IGBT脉宽导通、第二IGBT关断，第一开关支路导通，电池开始充电；

S012，控制器通过电流传感器对充电电流Ib1进行采样和反馈控制，使得电池的充电电流Ib1在额定充电电流范围内；

S013，控制器通过温度传感器采样电池温度Tbt，若电池温度Tbt大于或等于预设阈值Tb0，则停止对电池进行充电，并可进行报警；

S014，控制器采样电池的电压Vbt，若电压Vbt大于或等于预设阈值Vb0，则判断电池充满，并停止对电池进行充电，并可进行提醒；

S020，电池放电，当变频器电动运行，为耗电状态时，控制器检测直流母线端的电压是否小于或等于预设阈值V1，若是则执行电池放电动作；

S021，电池放电动作，控制器控制第二IGBT脉宽导通、第一IGBT关断，第一开关支路导通，电池开始放电；

S022，控制器通过电流传感器对放电电流Ib2进行采样和反馈控制，使得电池的放电电流Ib2在额定放电电流范围内；

S023，控制器通过温度传感器采样电池温度Tbt，若电池温度Tbt大于或等于预设阈值Tb0，则停止对电池进行充电，并可进行报警；

S024，控制器采样电池的电压Vbt，若电压Vbt小于或等于预设阈值Vb1，则判断电池为电量少状态，并停止对电池进行放电，并可进行提醒。

7.根据权利要求6所述的一种变频器的节能装置的控制方法，其特征在于，还包括：S030，防反接，控制器检测防反接整流旁路的直流输入电压Vdc，若Vdc大于0，则判断直流母线为正接，若Vdc小于0，则判断直流母线为反接；

S031，正接控制，控制器控制第二、三继电器闭合，第一、四继电器断开；

S032，反接控制，控制器控制第一、四继电器闭合，第二、三继电器断开。

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