CN205657584U - 一种两级放电装置及变频器 - Google Patents

Abstract

本申请提出一种两级放电装置及变频器，所述两级放电装置包括：第一级放电电路，用于当所述变频器断电时，对变频器的母线电容进行放电；第二级放电电路，用于配合第一级放电电路，以加快对母线电容的放电；控制电路，包括主控电路与控制开关，控制开关与第二级放电电路相连，主控电路包括开关管以及与开关管的控制极相连的分压电路，主控电路用来为控制开关提供分压并控制控制开关的断开与闭合，从而控制第二级放电电路的通断。本申请的两级放电装置只需要连接至变频器直流母线的正负两极，无需进行其他电气连接，因而安装维护方便；在进行放电的过程中，不会产生过高的冲击电流，因而延长了母线电容的使用寿命。

Description

一种两级放电装置及变频器

技术领域

本申请涉及变频器领域，具体涉及一种变频器母线电容的放电装置。

背景技术

按照矿用变频器，尤其是防爆变频器的标准要求，防爆变频器断电后且打开防爆壳之前，其母线电容能量必须低于瓦斯点燃能量，一般要求在15分钟内母线电容能量须小于0.2mJ。防爆变频器断电后，母线电容自然放电过程十分缓慢，难以达到要求，因而一般会给防爆变频器加装放电回路装置，从而使防爆变频器断电后其母线电容能够快速被放电。

常用防爆变频器的放电回路如图1所示，其放电回路主要由变压器T11、开关电源UR、高压继电器KA11和电阻R11、R12组成，当变频器上电时，变压器T11进行变压后输出电压给开关电源UR，由开关电源UR为高压继电器KA11的线圈供电，从而使高压继电器KA11常闭触点断开，放电回路处于开路状态；当变频器断电后，变压器T11失电，开关电源UR没有电压输出，不能为高压继电器KA11供电，导致高压继电器KA11的线圈失电，其常闭触点闭合，电阻R11、R12并入直流母线，开始放电。

上述放电回路主要缺点：1、需要配置隔离变压器T11，结构复杂，电气配线较多，安装维护繁琐；2、放电电阻R11、R12的阻值小，导致冲击电流大，影响电容寿命；3、因引入开关电源UR及隔离变压器T11，从而使放电回路的可靠性降低，容易损坏设备甚至危及人身安全。

发明内容

为解决上述问题，本申请提供一种两级放电装置及变频器。

根据本申请的第一方面，本申请提供一种两级放电装置，用于变频器的放电，包括：

第一级放电电路，电连接于所述变频器直流母线，用于当所述变频器断电时，对所述变频器的母线电容进行放电；

第二级放电电路，电连接于所述变频器直流母线，用于配合第一级放电电路，以加快对所述变频器的母线电容的放电；

控制电路，包括主控电路与控制开关，所述控制开关与所述第二级放电电路相连，所述主控电路包括开关管以及与所述开关管的控制极相连的分压电路， 所述主控电路用于为所述控制开关提供分压并控制所述控制开关的断开与闭合，从而控制第二级放电电路的通断。

在一较优实施例中，所述开关管为开关管Q1，所述控制开关包括继电器KA1，具体地，所述开关管Q1的第一极与变频器正直流母线之间连接有第一级放电电路，所述开关管Q1的第二极与变频器负直流母线之间接入继电器KA1的线圈，所述第一级放电电路、开关管Q1、继电器KA1的线圈、变频器的母线电容构成第一级放电回路，继电器KA1的触点与第二级放电电路串联，所述第二级放电电路、继电器KA1的触点、变频器的母线电容构成第二级放电回路。

在一较优实施例中，所述分压电路包含串联于正负直流母线之间的电阻R1和R2，所述电阻R1和R2的公共端与所述开关管Q1的控制极相连。

在一较优实施例中，所述分压电路还包括与电阻R1和R2串联的稳压二极管Z1，且所述稳压二极管Z1连接于所述开关管Q1的控制极与变频器负母线之间。

在一较优实施例中，所述开关管Q1的控制极与第二极之间连接有并联的电阻R6和稳压二极管Z2，其中所述稳压二极管Z2的负极、正极分别连接于所述开关管Q1的控制极、第二极。

在一较优实施例中，所述继电器KA1为常闭触点的动断型继电器，所述开关管Q1为三极管、场效应管或绝缘栅双极型晶体管。

在一较优实施例中，所述电阻R1和R2的公共端通过电阻R3与开关管Q1的控制极相连。

在一较优实施例中，所述控制开关还包括与所述继电器KA1的线圈并联的电阻R7或续流二极管，其中所述续流二极管的正极连接于所述变频器直流母线的负极。

在一较优实施例中，所述第一级放电电路包括电阻R4，所述第二级放电电路包括电阻R5。

在一较优实施例中，所述第二级放电电路的总阻值小于第一级放电电路的总阻值。

根据本申请的第二方面，本申请提供一种变频器，包括上述的两级放电装置。

有益效果：

依上述实施的两级放电装置及变频器，由于引入第一级放电电路和第二级放电电路，在变频器断电后，两级放电过程中，母线电容先通过第一级放电电路进行自然放电，一段时间后，控制电路再导通第二级放电电路，使母线电容 进行二级放电，如此既能快速放电，又不会产生过高的冲击电流，延长了母线电容寿命，同时变频器工作可靠性大幅提高。

依上述实施的两级放电装置及变频器，由于引入控制电路，控制电路包括主控电路与控制开关，主控电路包括开关管Q1，控制开关包括继电器KA1，利用开关管Q1对继电器KA1供电，取消了传统隔离变压器T11与开关电源UR的供电，节省了放电装置的成本和变频器内部的空间，并且安装维护方便，安全性能提高。

附图说明

图1为传统变频器的放电回路的结构示意图；

图2为本申请一种实施例中两级放电装置的结构示意图；

图3为本申请另一种实例中两级放电装置的结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本申请作进一步详细说明。

本申请提出一种变频器，其包括一种两级放电装置，用于对变频器的母线电容进行放电，在一具体实施例中，变频器可为防爆变频器，下面具体说明。

请参照图2和图3，本申请提出的两级放电装置，在一具体实施例中，其包括第一级放电电路10、第二级放电电路20和控制电路30。在一实施例中，在变频器正常工作时，第一级放电电路10是导通的，第二级放电电路20是断开的，当变频器断电时，变频器的母线电容先通过第一级放电电路10进行自然放电，与此同时，控制电路30仍然控制第二级放电电路20保持断开状态，以防止产生过高的冲击电流，一段时间后，再导通第二级放电电路20以加快放电，而这时也不会产生过高的冲击电流损坏设备的问题，下面具体说明。

第一级放电电路10电连接于变频器直流母线，用于当变频器断电时，对变频器的母线电容进行放电。在一具体实施例中，第一级放电电路10包括电阻R4。

第二级放电电路20电连接于变频器直流母线，用于配合第一级放电电路10，以加快对变频器的母线电容的放电。在一具体实施例中，第二级放电电路20包括电阻R5。为了保证母线电容可以快速地放电，在一实施例中，第二级放电电路20的总阻值小于第一级放电电路10的总阻值，较优地，第二级放电电路20的总阻值远小于第一级放电电路10的总阻值。例如，在一具体实施例中，电阻R5的阻值远小于电阻R4的阻值。由于母线电容通过第一级放电电路10放电后，其两端的电压已大幅降低，因此再接通第二级放电电路20时，即使第二级放电 电路20的阻值较小，也不会产生过高的冲击电流。

控制电路30包括主控电路31与控制开关32。控制开关32与第二级放电电路20相连，主控电路31包括开关管31a以及与开关管31a的控制极相连的分压电路31b，主控电路31用于为控制开关32提供分压并控制上述控制开关32的断开与闭合，从而控制第二级放电电路20的通断。在变频器正常工作时，第一级放电电路10是导通的，第二级放电电路20是断开的，当变频器断电时，变频器先通过第一级放电电路10进行放电，与此同时，控制电路30保持第二级放电电路20的断开，以防止产生过高的冲击电流，对变频器造成损害，在放电的过程中，变频器的母线电容的电压会不断降低，从而影响分压电路31b提供的分压，从而使得一段时间后，可以控制上述控制开关32闭合，使得第二级放电电路20导通，变频器此时通过第一级放电电路10和第二级放电电路20共同放电，放电速度加快，同时，由于是放电到一定程度后再接入第二级放电电路20进行放电，在加快放电速度的同时，并不会有过高冲击电流的问题。在一具体实施例中，开关管31a为开关管Q1，控制开关32包括继电器KA1，具体地，开关管Q1的第一极与变频器正直流母线之间连接有第一级放电电路10，开关管Q1的第二极与变频器负直流母线之间接入继电器KA1的线圈，第一级放电电路10、开关管Q1、继电器KA1的线圈、变频器的母线电容构成第一级放电回路，变频器的母线电容可以通过此第一级放电回路进行放电；继电器KA1的触点与第二级放电电路20串联，第二级放电电路20、继电器KA1的触点、变频器的母线电容构成第二级放电回路；在变频器断电开始时，变频器的母线电容可以通过上述第一级放电回路进行放电，放电一段时间后，第二级放电回路导通，此时变频器的母线电容可以同时通过第一级放电回路和第二级放电回路进行放电。需要说明的是，本申请中的涉及的开关管为三端管，其三个端子分别为控制极、第一极和第二极；当开关管为三极管或双极型晶体管时，控制极是指基极，第一极是指集电极或发射极，对应的第二极就是指发射极或集电极；当晶体管为场效应晶体管时，控制极是指场效应晶体管的栅极，第一极是指场效应晶体管的漏极或源极，对应的第二极就是指场效应晶体管的源极或漏极。在一较优的实施例中，开关管Q1为三极管、场效应管(MOS管)或绝缘栅双极型晶体管(IGBT)，在一具体实施例中，开关管Q1选取时必须保证其一直工作在线性区内。在一较优的实施例中，继电器KA1为常闭触点的动断型继电器。在一实施例中，分压电路31b包含串联于正负直流母线之间的电阻R1和R2，电阻R1和R2的公共端与开关管Q1的控制极相连。下面以开关管Q1为IGBT为例进一步说明。本实施例中，电阻R1、R2的作用为给开关管Q1提供一个静 态工作点，取值时，保证最高母线电压下电阻R2上面的分压不会超过开关管Q1控制极与第二极之间的最大耐受电压。

在一较优实施例中，分压电路31b还包括与电阻R1和R2串联的稳压二极管Z1，且稳压二极管Z1连接于开关管Q1的控制极与变频器负直流母线之间。在本实施例中，取值时，保证最高母线电压下电阻R2和稳压二极管Z1上的电压之和不会超过开关管Q1控制极与第二极之间的最大耐受电压；稳压二极管Z1的作用为补偿开关管Q1工作在线性区时控制极与第二极之间的线性压降，稳压二极管Z1可以根据开关管Q1工作于线性区时其控制极与第二极之间的压降大小进行选取。

在一较优实施例中，开关管Q1的控制极与第二极之间连接有并联的电阻R6和稳压二极管Z2，其中稳压二极管Z2的负极、正极分别连接于开关管Q1的控制极、第二极。并联的电阻R6和稳压二极管Z2是为了保护开关管Q1，避免由于控制极电流过大或者是静电接触造成开关管Q1被瞬态大电流或高电压损坏。

在一较优实施例中，电阻R1和R2的公共端通过电阻R3与开关管Q1的控制极相连。通过引入与开关管Q1的控制极相连的电阻R3，可以避免开关管Q1的控制极电流过大造成开关管本身的损坏。

在一较优实施例中，控制开关32还包括与继电器KA1的线圈并联的电阻R7或续流二极管(图中未画出)，其中续流二极管的正极连接于变频器负直流母线。电阻R7的作用是保证开关管Q1在完全关断时对继电器KA1线圈上的电可以进行复位，较优地，电阻R7为续流电阻。续流二极管也是起到与R7一样的作用。

下面对本申请的两级放电装置的原理和工作过程进行说明。

不妨仍以开关管Q1为IGBT管为例，其控制极为G极，第一极为D极，第二极为E极。本申请利用开关管Q1正常工作时G极电压比E极电压高0.4V的原理，采用控制电路30对母线电压进行实时监测，将电阻R2和稳压管Z1上在的分压之和作为开关管Q1的驱动信号。调节电阻R1和R2这两者的阻值，以调节两者的分压比，选取合适的稳压管Z1，当变频器在正常工作时，稳压管Z1导通，电阻R2的分压加上稳压管Z1的分压再减去开关管Q1的G极与E极之间的差值，应大于继电器KA1的额定开通电压，即变频器在正常工作时，继电器KA1的线圈两端的电压值应大于其额定开通电压；同时调整第二级放电电路10比如电阻R4的阻值，保证在母线电压最高时，流经继电器KA1的线圈的电流大于继电器KA1线圈额定开通电压下对应的开通电流，一般选择此时流经 继电器KA1线圈的电流为其额定电压下对应的开通电流的1.5-2倍，从而保证放电开始即母线电压开始下降的一段时间内继电器KA1线圈可以正常工作，从而控制继电器KA1触点的正常接通与断开，保证第二级放电电路20的正常导通与断开，比如，在放电开始后，母线电压开始下降的一段时间，继电器KA1线圈控制其触点断开，从而断开第二级放电电路20，随着电压和电流的下降，一段时间后，继电器KA1线圈控制其触点导通，从而导通第二级放电电路20。

当变频器停机且其前端输入断开时，变频器母线利用本申请的两级放电装置进行放电。开始放电时，继电器KA1线圈两端的电压U_ka1＝U_r2+U_z1-U_r3-U_ge，其中U_ka1、U_r2、U_z1、U_r3、U_ge分别为继电器KA1线圈两端的电压、电阻R2上的分压、稳压二极管Z1上的分压、电阻R3上的分压、开关管Q1的G、E两极的电压。由于U_r3上面的电压可以忽略不计，所以上面的等式可以简化为U_ka1＝U_r2+U_z1-U_ge；通过选取合适阻值的R4，保证在变频器正常工作以及放电初期流过继电器KA1的线圈电流I_d大于U_ka1电压下对应的最低维持电流值I_ka1，即I_d＞I_ka1——需要说明的是继电器的开、通是在电压与电流共同作用下控制，最低维持电流值即为继电器线圈在某一电压下需要的维持继电器触点断开的最小电流。因此，在变频器正常工作以及放电初期，继电器KA1为断开状态，即第二级放电回路20是断开的，没有被接入到变频器母线的正、负两端。

随着第一级放电电路10的放电作用，变频器的母线电压不断降低，加在电阻R2两端的分压不断降低，由上面的等式U_ka1＝U_r2+U_z1-U_ge可知，电阻R2两端的分压不断降低，导致继电器KA1线圈两端电压U_ka1也不断降低，KA1线圈的电流I_d也减小。

当继电器KA1线圈两端电压U_ka1不断降低时，其线圈两端电压对应的最低维持电流值I_ka1则会不断变大，因为，虽然放电开始时I_d＞I_ka1，但随着母线电容逐渐放电，流经继电器KA1线圈的实际电流I_d越来越小，而继电器KA1的最低维持电流值I_ka1越来越大，将出现I_d<I_ka1的情况，此时，继电器KA1触点会闭合，第二级放电电路20导通，由于第二级放电电路中的电阻R5远小于第一级放电电路10中的电阻R4，能快速对母线电容进行放电，直至放电结束。

需要说明的是，虽然电阻R1、R2和R4等在变频器上电和正常工作中是接通于直流母线正负极，但其对于母线电容的放电速度(分钟级)远小于此时母线电容的充电速度(秒级，一般为几秒钟)，因此在变频器上电和正常工作时，其放电可以忽略不计，不会对变频器的上电和正常工作造成不良影响。

本申请公开的两级放电装置因其快速放电且不会产生过高的冲击电流的特性，特别适合于装配连接于防爆变频器内。

综上所述，本申请提出一种变频器及其两级放电装置。此两级放电装置只需要连接至变频器直流母线的正负两极(即母线电容的正负极两端)，无需进行其他电气连接，因而安装维护方便。两级放电装置在对母线电容进行放电的过程中，不会产生过高的冲击电流，因而延长了母线电容的使用寿命。本两级放电装置结构简单，未使用复杂部件，因而可靠性高，安全性能高。

以上内容是结合具体的实施方式对本申请所作的进一步详细说明，不能认定本申请的具体实施只局限于这些说明。对于本申请所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。

Claims (11)

1.一种两级放电装置，用于变频器的放电，其特征在于，包括：

第一级放电电路，电连接于所述变频器直流母线，用于当所述变频器断电时，对所述变频器的母线电容进行放电；

第二级放电电路，电连接于所述变频器直流母线，用于配合第一级放电电路，以加快对所述变频器的母线电容的放电；

控制电路，包括主控电路与控制开关，所述控制开关与所述第二级放电电路相连，所述主控电路包括开关管以及与所述开关管的控制极相连的分压电路，所述主控电路用于为所述控制开关提供分压并控制所述控制开关的断开与闭合，从而控制第二级放电电路的通断。

2.如权利要求1所述的两级放电装置，其特征在于，所述开关管为开关管Q1，所述控制开关包括继电器KA1，具体地，所述开关管Q1的第一极与变频器正直流母线之间连接有第一级放电电路，所述开关管Q1的第二极与变频器负直流母线之间接入继电器KA1的线圈，所述第一级放电电路、开关管Q1、继电器KA1的线圈、变频器的母线电容构成第一级放电回路，继电器KA1的触点与第二级放电电路串联，所述第二级放电电路、继电器KA1的触点、变频器的母线电容构成第二级放电回路。

3.如权利要求2所述的两级放电装置，其特征在于，所述分压电路包含串联于正负直流母线之间的电阻R1和R2，所述电阻R1和R2的公共端与所述开关管Q1的控制极相连。

4.如权利要求3所述的两级放电装置，其特征在于，所述分压电路还包括与电阻R1和R2串联的稳压二极管Z1，且所述稳压二极管Z1连接于所述开关管Q1的控制极与变频器负直流母线之间。

5.如权利要求2所述的两级放电装置，其特征在于，所述开关管Q1的控制极与第二极之间连接有并联的电阻R6和稳压二极管Z2，其中所述稳压二极管Z2的负极、正极分别连接于所述开关管Q1的控制极、第二极。

6.如权利要求2所述的两级放电装置，其特征在于，所述继电器KA1为常闭触点的动断型继电器，所述开关管Q1为三极管、场效应管或绝缘栅双极型晶体管。

7.如权利要求3所述的两级放电装置，其特征在于，所述电阻R1和R2的公共端通过电阻R3与开关管Q1的控制极相连。

8.如权利要求2所述的两级放电装置，其特征在于，所述控制开关还包括与所述继电器KA1的线圈并联的电阻R7或续流二极管，其中所述续流二极 管的正极连接于所述变频器直流母线的负极。

9.如权利要求1所述的两级放电装置，其特征在于，所述第一级放电电路包括电阻R4，所述第二级放电电路包括电阻R5。

10.如权利要求1至9中任一项所述的两级放电装置，其特征在于，所述第二级放电电路的总阻值小于第一级放电电路的总阻值。

11.一种变频器，其特征在于，包括如权利要求1至10中任一项所述的两级放电装置。