CN208689109U - 多功能制动电阻检测电路及其变频器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多功能制动电阻检测电路，包括采样模块、第一电压比较模块、第二电压比较模块、基准电压模块和控制器模块；采样模块采样制动电阻电流信号并上传第一电压比较模块和第二电压比较模块；第一电压比较模块将采样信号与基准电压模块输出的第一基准电压信号比较并输出第一比较信号到控制器模块，第二电压比较模块将采样信号与基准电压模块输出的第二基准电压信号比较并输出第二比较信号到控制器模块；控制器模块根据第一比较信号和第二比较信号对制动电阻进行检测。本实用新型还公开了包括所述多功能制动电阻检测电路的变频器。本实用新型能够实现制动电阻的阻值和温度的在线定性检测，而且电路简单可靠，成本低廉。

Description

多功能制动电阻检测电路及其变频器

技术领域

本实用新型具体涉及一种多功能制动电阻检测电路及其变频器。

背景技术

随着经济技术的发展，变频调速技术已经广泛应用于人们的生产和生活当中，给人们的生产和生活带来了无尽的便利。变频器是实现变频调速技术的主体，其以改变电机工作电源频率的方式来控制交流电动机，从而实现交流电动机的调速、节能等目的。而随着经济技术的发展和环保观念的提升，变频器的应用也越来越广泛。

制动电阻广泛应用在变频器中，在负载拖动电机运行的制动工况时，变频器系统处于发电状态，利用制动电阻消耗母线上面的多余能量，保证直流母线不过压。

如图1所示为现有常用的变频器内部的制动电阻电路，可以看到，图中DC+，DC-代表变频器的直流母线正负极，Q1是变频器内置的控制制动电阻导通的IGBT，控制信号PWM1由变频器内部的控制芯片产生，而且工作中PWM的占空比可调，R1是需要用户自己外接的制动电阻，变频器为用户留有专门的接线端子。因此对于用户而言，只需要在变频器设备的相应端子上外接制动电阻，就可实现制动的功能。

但是，在实际应用中，用户外接的制动电阻，常常发生接错阻值的情况，如果电阻阻值过大，会导致使用时存在制动能量不能快速消耗的问题，从而引发变频器频繁过压、甚至炸机的事故，给用户产生不必要的经济损失。此外，由于制动电阻的特殊性，其在变频器中承担着消耗额外能量的作用，因此制动电阻的工作往往相对较高，一旦制动电阻过热，将严重影响变频器的安全可靠运行；但是目前的制动电阻的温度检测采用的是传统的温度传感器的检测方式，安装不方便，而且检测效果相对较差。

发明内容

本实用新型的目的之一在于提供一种能够同时进行制动电阻阻值检测和制动电阻发热检测，而且电路可靠、成本低廉的多功能制动电阻检测电路。

本实用新型的目的之二在于提供一种包括了所述多功能制动电阻检测电路的变频器。

本实用新型提供的这种多功能制动电阻检测电路，包括采样模块、第一电压比较模块、第二电压比较模块、基准电压模块和控制器模块；第一电压比较模块和第二电压比较模块并联后，再与采样模块串联，基准电压模块同时与第一电压比较模块、第二电压比较模块连接；采样模块用于采样流过制动电阻的电流信号，并将采样信号上传到第一电压比较模块和第二电压比较模块；第一电压比较模块将采样信号与基准电压模块输出的第一基准电压信号进行比较，并输出第一比较信号到控制器模块，第二电压比较模块将采样信号与基准电压模块输出的第二基准电压信号进行比较，并输出第二比较信号到控制器模块；控制器模块根据第一比较信号和第二比较信号对制动电阻进行检测。

所述的多功能制动电阻检测电路还包括滤波模块；滤波模块串接在采样模块的输出端，用于对采样模块输出的采样信号进行滤波。

所述的滤波模块为RC滤波电路。

所述的多功能制动电阻检测电路还包括放大模块；放大模块串接在第一比电压比较模块和第二电压比较模块的输入端，用于对输入第一比较电压模块和第二电压比较模块的采样信号进行放大。

所述的多功能制动电阻检测电路还包括隔离模块；隔离模块串接在第一电压比较模块和第二电压比较模块的输出端，用于对第一电压比较模块和第二电压比较模块的输出信号进行电气隔离后，再输出到控制器模块。

所述的隔离模块为光耦隔离电路。

所述的基准电压模块包括基准电压源和分压电路，基准电压源和分压电路串接；基准电压源输出的第一基准电压信号连接到第一电压比较模块的输入端，基准电压源输出的第一基准电压信号通过分压电路分压后得到第二基准电压信号，并输入到第二电压比较模块的输入端。

所述的基准电压源为标准电压源电路，或者由控制器模块输出的基准电压。

本实用新型还公开了一种变频器，该变频器包括了所述多功能制动电阻检测电路。

本实用新型提供的这种多功能制动电阻检测电路及其变频器，通过采样制动电阻上的电流信号，并与基准电压信号进行比较，从而实现制动电阻的阻值和温度的在线定性检测，而且本实用新型的电路简单可靠，成本低廉。

附图说明

图1为现有的变频器中的制动电阻电路示意图。

图2为本实用新型的功能模块图。

图3为本实用新型的电路原理示意图。

具体实施方式

如图2所示为本实用新型的功能模块图：本实用新型提供的这种多功能制动电阻检测电路，包括采样模块、滤波模块、放大模块、第一电压比较模块、第二电压比较模块、基准电压模块、隔离模块（包括第一隔离模块和第二隔离模块）以及控制器模块；采样模块、滤波模块、放大模块依次串联，第一电压比较模块和第二电压比较模块并联后再与放大模块串联，基准电压模块同时与第一电压比较模块、第二电压比较模块连接，第一电压比较模块的输出端连接第一隔离模块，第一隔离模块连接控制器模块，第二电压比较模块的输出端连接第二隔离模块，第二隔离模块连接控制器模块；采样模块用于采样流过制动电阻的电流信号，并将采样信号上传滤波模块进行滤波，然后经过滤波后的采样信号再通过放大模块进行信号放大后，输入到第一电压比较模块和第二电压比较模块；第一电压比较模块将采样信号与基准电压模块输出的第一基准电压信号进行比较，并输出第一比较信号，通过第一隔离模块进行电气隔离后输入到控制器模块，第二电压比较模块将采样信号与基准电压模块输出的第二基准电压信号进行比较，并输出第二比较信号，通过第二隔离模块进行电气隔离后输入到控制器模块；控制器模块根据第一比较信号和第二比较信号对制动电阻进行检测。

如图3所示为本实用新型的电路原理示意图：从图中可以看到，采样模块采用采样电阻R2（优选为毫欧级精密电阻）；滤波电路采用RC滤波电路（图中电阻R3和电容C1）；基准电压模块则包括基准电压源和分压电路，基准电压源和分压电路串接；基准电压源输出的第一基准电压信号（图中标示Vref）连接到第一电压比较模块的输入端（图中为输入正极），基准电压源输出的第一基准电压信号通过分压电路（由电阻R4和R5构成）分压后得到第二基准电压信号，并输入到第二电压比较模块的输入端（图中为输入正极）；放大模块（图中标号U1，放大器）输出的采样信号则直接输入到第一电压比较模块（图中标号U2，比较器1）的输入负极，同时也输入到第二电压比较模块（图中标号U3，比较器2）的输入负极；比较器1和比较器2输出的信号通过各自的隔离模块（图中标示D1和D2，采用的是隔离光耦）输入到控制器模块。

以下对本实用新型的工作过程进行说明：

制动电阻的阻值检测：

本实用新型能过通过电路参数的选择和计算，计算出理想的最佳制动电阻值，并且通过本实用新型的电路能够实现对外接的制动电阻阻值的进行检测，即检测外接的制动电阻阻值与设计的最佳制动电阻阻值的大小，以及外接的制动电阻阻值是否适用于设计的电路参数。

以下以一个具体实例进行说明：

以一台55KW的变频器为例，其额定电流为110A左右，则按照经验，制动电阻上的最大电流将会达到80A左右（和具体的应用工况相关，本实施案例仅做参考），按照制动电阻的一般选取原则，该电阻不应该大于7.5欧姆，否则在重载高速下降运行过程中会出现过压；

在制动电阻测试模式下，图3所示的电路中，相同的PWM1占空比输出时，外接的制动电阻不同，采样电阻的电压值就不同，制动电阻值越大，整个通路的电流越小，采样电阻的分压就越小。本实施案例中， DC+和DC-选择变频器内部与母线负极共地的的12V电源，R4选择为100K，R5选择为20K，则比较器U3的正向参考输入电压为2V，通过匹配合理的U1放大倍数以及采样电阻值，使得R1取值在7.5欧，PWM1输出占空比信号达到上限90%时，比较器U1的正向输入端电压刚好大于2V。

在该种情况下，假如外接制动电阻的阻值小于7.5欧姆，则测试模式下，变频器逐渐增大PWM1占空比输出的过程中，比较器2（U3）的输出端刚开始为高电平，输出信号LEVEL2为低电平；而在某个时间点以后U3的负向输入端电压会高于2V，从而U3输出低电平，使得输出信号LEVEL输出高电平，代表测试成功，制动电阻选型正确。

假如外接制动电阻的阻值大于7.5欧，则该种模式下，变频器逐渐增大PWM1占空比输出的过程中，即便增大到最大占空比，U3的负向输入端电压也不会高于2V，此时比较器2（U3）的输出端一直为低电平，LEVEL2会一直为高电平，代表测试未成功，制动电阻选型不正确。

变频器正常工作时，制动电阻的温度检测（定性检测）：

当进入制动工况后，首先变频器根据制动电阻值的大小，制动电阻正温度系数特性，以及制动电阻开启的母线门限电压来综合计算并输出一个参考电压Vref，该参考电压是当制动电阻温度上升达到过热保护点时其实际电阻值对应的参考电压。

在制动电阻工作初期，温升不明显的情况下，制动电阻R1的值仍然是5欧姆，此时采样电阻R2的电压经过滤波和放大后，其电压信号值（对应着U2和U3的反向输入端）会大于U2的正向输入端Vref，也大于U3的正向输入端（经过R4和R5分压后的参考电压值），因此此时LEVEL1和LEVEL2均输出高电平，系统能够正常运行。

然后，在经过一段长时间的制动运行或者是频繁的带载制动运行后，制动电阻会逐渐发热，并且由于其具有正温度系数特性，其阻值R1也会越来越大，导致采样电阻R2上流过的电流变小，进而导致采样电阻R2的电压经过滤波和放大后的电压信号幅值变低，当电压低于U3的正向输入端（经过R4和R5分压后的电压值）时， LEVEL2电平发生反转，变为低电平，变频器检测到LEVEL2的低电平信号后，生成制动电阻过热预警信号，并对电机进行降功率运行处理（例如降低电机转速）；接下来，如果系统仍然持续工作在长时间制动运行状态，且由于散热或是通风问题，导致制动电阻温度继续上升，其阻值R1也继续增大，导致采样电阻R2上流过的电流继续变小，进而导致采样电阻R2的电压经过滤波和放大后的电压信号低于U2的正向输入端Vref时， LEVEL1电平发生反转，变为低电平，变频器检测到LEVEL1变为低电平时，生成电阻过热保护信号，然后控制电机立即停机，保护制动电阻不会因过热损坏。

Claims (9)

1.一种多功能制动电阻检测电路，其特征在于包括采样模块、第一电压比较模块、第二电压比较模块、基准电压模块和控制器模块；第一电压比较模块和第二电压比较模块并联后，再与采样模块串联，基准电压模块同时与第一电压比较模块、第二电压比较模块连接；采样模块用于采样流过制动电阻的电流信号，并将采样信号上传到第一电压比较模块和第二电压比较模块；第一电压比较模块将采样信号与基准电压模块输出的第一基准电压信号进行比较，并输出第一比较信号到控制器模块，第二电压比较模块将采样信号与基准电压模块输出的第二基准电压信号进行比较，并输出第二比较信号到控制器模块；控制器模块根据第一比较信号和第二比较信号对制动电阻进行检测。

2.根据权利要求1所述的多功能制动电阻检测电路，其特征在于还包括滤波模块；滤波模块串接在采样模块的输出端，用于对采样模块输出的采样信号进行滤波。

3.根据权利要求2所述的多功能制动电阻检测电路，其特征在于所述的滤波模块为RC滤波电路。

4.根据权利要求1所述的多功能制动电阻检测电路，其特征在于还包括放大模块；放大模块串接在第一比电压比较模块和第二电压比较模块的输入端，用于对输入第一比较电压模块和第二电压比较模块的采样信号进行放大。

5.根据权利要求1所述的多功能制动电阻检测电路，其特征在于还包括隔离模块；隔离模块串接在第一电压比较模块和第二电压比较模块的输出端，用于对第一电压比较模块和第二电压比较模块的输出信号进行电气隔离后，再输出到控制器模块。

6.根据权利要求5所述的多功能制动电阻检测电路，其特征在于所述的隔离模块为光耦隔离电路。

7.根据权利要求1~6之一所述的多功能制动电阻检测电路，其特征在于所述的基准电压模块包括基准电压源和分压电路，基准电压源和分压电路串接；基准电压源输出的第一基准电压信号连接到第一电压比较模块的输入端，基准电压源输出的第一基准电压信号通过分压电路分压后得到第二基准电压信号，并输入到第二电压比较模块的输入端。

8.根据权利要求7所述的多功能制动电阻检测电路，其特征在于所述的基准电压源为标准电压源电路，或者由控制器模块输出的基准电压。

9.一种变频器，其特征在于包括了权利要求1~8之一所述的多功能制动电阻检测电路。