CN212111634U - 变频控制器发电状态检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种变频控制器发电状态检测装置，它包括母线电压取样电路、母线电流方向监控电路、单片机、功率放大电路和整流可控硅主电路；所述母线电压取样电路和母线电流方向监控电路分别与单片机的输入端相连，所述母线电压取样电路用于采集变频器母线电压的大小，所述母线电流方向监控电路用于监测变频器母线电流方向。本实用新型提供一种变频控制器发电状态检测装置，采用单纯电子电路监控形式，对变频器或伺服驱动器的母线电压与输出电流进行监控，及时区分出变频器是否处于发电状态，以便于变频器进行下一步有效的控制，避免出现过压报警而自由停机，从而进一步避免生产线因故障停机的可能，提高生产线良品率。

Description

变频控制器发电状态检测装置

技术领域

本实用新型涉及一种变频控制器发电状态检测装置，属于变频器技术领域。

背景技术

目前，变频器或伺服驱动器在工厂广泛采用，矢量控制是较精确的控制形式，输出电流和母线电压参与内部控制程序运算。电机的工作状态分为：正向电动、反向电动、正向制动和反向制动四种形式，其中后两种形式，电机力矩与速度方向相反，电机处于发电状态，变频器很容易出现过压报警而失去正常控制功能，从而导致电机失控的安全事故。

在变频器或伺服驱动器控制中，没有对发电状态进行检测监控，只是在发电状态达到一定的母线高压时报警过压而停机，这是一种被动的防止功率电容和其它元件因高压失效方式。而在实际应用中，因负载惯量特性、减速时间过短、多台驱动器的同步控制要求等实际使用条件等原因，电机经常处于发电状态，过压出现的故障率很高。目前防止出现过压的方法是变频器内部采用一路IGBT加内置刹车电阻泄放电路，或在大功率变频器采用专门的制动模块加外置刹车电阻的方法，这种能耗制动防止过压的方法，主要缺点是能量损失大、刹车电阻发热大，尤其不适合多台驱动器同步的生产线。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种变频控制器发电状态检测装置，采用单纯电子电路监控形式，对变频器或伺服驱动器的母线电压与输出电流进行监控，及时区分出变频器是否处于发电状态，以便于变频器进行下一步有效的控制，避免出现过压报警而自由停机，从而进一步避免生产线因故障停机的可能，提高生产线良品率。

为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：

一种变频控制器发电状态检测装置，它包括母线电压取样电路、母线电流方向监控电路、单片机、功率放大电路和整流可控硅主电路；

所述母线电压取样电路和母线电流方向监控电路分别与单片机的输入端相连，所述母线电压取样电路用于采集变频器母线电压的大小，所述母线电流方向监控电路用于监测变频器母线电流方向；

所述单片机的输出端与功率放大电路的输入端相连，所述功率放大电路的输出端与整流可控硅主电路相连，所述单片机通过功率放大电路驱动整流可控硅主电路以控制整流可控硅导通角的大小。

进一步，所述单片机的输入端还接收变频器主板启停信号和减速时间参数。

进一步，所述单片机的输出端将变频器的发电状态反馈至变频器主板。

进一步，所述母线电压取样电路包括高压电阻R1-R4、线性光藕U2、电源芯片U3和运算放大器U4，所述高压电阻R1-R4串联在PN母线的P端并与线性光藕U2的2脚相连，所述电源芯片U3的8脚连接变频器驱动下桥+16V电源，所述电源芯片U3的1脚为线性光藕U2的输入侧提供+5V电源，所述线性光藕U2的输出侧由变频器开关电源提供+5V电源，所述线性光藕U2的6脚、7脚分别与运算放大器U4的2脚、3脚相连，所述运算放大器U4由变频器开关电源提供+15V电源，所述运算放大器U4的1脚连接单片机的6脚，将母线电压取样信号传输至单片机U1。

进一步，所述母线电流方向监控电路包括储能电容C5和C6、均压电阻R5和R6、取样电阻R7和R8以及光耦U5和U6，所述储能电容C5和C6相互串联后并联在PN母线两端，所述储能电容C5上并联有均压电阻R5，所述储能电容C6上并联有均压电阻R6，所述取样电阻R7和R8分别串联在PN母线两端，所述PN母线两端经限流电阻驱动光耦U1和U2将母线电流方向信号传输至单片机U1的34脚和33脚。

进一步，所述功率放大电路包括三极管Q1、光耦U7和U8，所述三极管Q1的基极与单片机U1的39脚相连，所述三极管Q1的发射极由变频器开关电源提供+5V电源，所述三极管Q1的集电极与光耦U7和U8的输入端相连，所述光耦U7和U8的输出端分别连接整流可控硅主电路。

进一步，所述整流可控硅主电路包括整流电路和IGBT模块。

采用了上述技术方案，本实用新型具有以下的有益效果：

1、本实用新型可通过母线电压取样电路、母线电流方向监控电路及时判别变频器发电状态，有利于进行同步控制。

2、有效减少过压报警停机的可能。

3、有效避免生产线过压故障停机，提高良品率。

4、有利于维修人员进一步确定生产线上故障点。

5、避免能耗制动，节约电力资源和运行成本。

附图说明

图1为本实用新型的变频控制器发电状态检测装置的原理框图；

图2为本实用新型的整流可控硅主电路的电路原理图；

图3为本实用新型的母线电压取样电路的电路原理图；

图4为本实用新型的单片机的电路原理图；

图5为本实用新型的母线电流方向监控电路的电路原理图。

具体实施方式

为了使本实用新型的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明。

如图1所示，一种变频控制器发电状态检测装置，它包括母线电压取样电路、母线电流方向监控电路、单片机U1、功率放大电路和整流可控硅主电路；

母线电压取样电路获得变频器母线电压信号后，同来自变频器主板的启停信号和减速时间参数一起发送给单片机U1，单片机U1再经功率放大电路驱动整流可控硅主电路的可控硅控制端，以控制整流可控硅导通角的大小，运行初始阶段，导通角逐渐加大起缓冲作用，减少主电路功率电容充电电流；运行过程中，母线电压上升则减小导通角，母线电压下降则增大导通角；减速停机过程中，与变频器设置的停机减速时间相配合，经单片机U1计算，而确定减小导通角的速度和最终完全关闭可控硅的时间。另一方面，单片机U1监控变频器母线电压，发现电压上升到一定值时，即判断为发电状态，并将此信号反馈至变频器主板，便于变频器主板进行下一步的控制策略调整。

如图1所示，母线电压取样电路和母线电流方向监控电路分别与单片机U1的输入端相连，母线电压取样电路用于采集变频器母线电压的大小，母线电流方向监控电路用于监测变频器母线电流方向。本实用新型同时监控变频器母线电压大小和母线电流方向，将这两个指标作为判断电机工作状态的主要参数指标。

一方面，利用变频器内置功率电容的大容量特性，在PN母线两端各串联一排高压电阻R1-R4得到母线取样电压，经线性光耦U2处理后发送给运算放大器U4，如母线电压升高，则说明电机处于拖动发电状态，如母线电压降低或基本不变则说明电机处于电动状态。

另一方面，对母线电流方向进行监控，电动状态时，母线电流方向为P-IGBT逆变器模块-电机-N-P，发电状态过程中，母线电流方向相反，为电机-IGBT逆变器模块中的续流二极管-P-N-电机，从而判断出是否处于发电状态。判断出变频器处于发电状态后，通过逐渐减小整流直到完全关闭可控硅导通角，以减小或断开供电的方式，避免过压报警。

如图3所示，母线电压取样电路包括高压电阻R1-R4、线性光藕U2、电源芯片U3和运算放大器U4，高压电阻R1-R4串联在PN母线的P端并与线性光藕U2的2脚相连，电源芯片U3的8脚连接变频器驱动下桥+16V电源，电源芯片U3的1脚为线性光藕U2的输入侧提供+5V电源，线性光藕U2的输出侧由变频器开关电源提供+5V电源，线性光藕U2的6脚、7脚分别与运算放大器U4的2脚、3脚相连，运算放大器U4由变频器开关电源提供+15V电源，运算放大器U4的1脚连接单片机的6脚，将母线电压取样信号传输至单片机U1。高压电阻R1-R4的型号为2203，线性光藕型U2号为A7840的，电源芯片U3型号为78L05，运算放大器U4型号为LF393。来自PN母线的直流电压经高压电阻R1-R4减压后输入给线性光藕U2的2脚，1脚与4脚为线性光藕U2的输入侧电源，该输入侧电源由变频器驱动下桥+16V经电源芯片U3转变为+5V稳定电压来提供，此电压与N共地，线性光藕U2的输出侧电源为5脚与8脚，其与输入侧电源相隔离，线性光藕U2的2脚电压发生变化时，线性光藕U2的6、7脚电压随即发生相应变化，并输出给运算放大器U4的同相与反相输入端，运算放大器U4的1脚输出DCOUT给单片机U1，进行进一步的信号控制。

如图5所示，母线电流方向监控电路包括储能电容C5和C6、均压电阻R5和R6、取样电阻R7和R8以及光耦U5和U6，储能电容C5和C6相互串联后并联在PN母线两端，储能电容C5上并联有均压电阻R5，储能电容C6上并联有均压电阻R6，取样电阻R7和R8分别串联在PN母线两端，PN母线两端经限流电阻驱动光耦U1和U2将母线电流方向信号传输至单片机U1的34脚和33脚。在桥式整流电路后PN母线两端与二个串联的储能电容C5、C6并联，目的是抬高整流电压到DC 540V，两个型号为20W50K均压电阻R5、R6保证每个储能电容两端电压相等，开关KA1与并联的20W 300欧电阻为充电缓冲电路，在电压达到400V前，开关KA1处于断开状态，20W 30欧电阻起到充电缓冲作用，在电压达到400V后，开关KA1闭合，将20W 300欧电阻短路。PN母线两端均串联有30毫欧取样电阻R7、R8，经限流电阻R9-R12驱动光耦U5、U6，光耦U5导通则为电动状态，光耦U6导通则为发电状态，此两个信号发给单片机U1的两个输入脚，再与PN母线电压检测信号一起发送给变频器主板，让主板决定下一步的控制形式。

如图4所示，单片机U1型号为80C51，单片机U1的输出端与功率放大电路的输入端相连，功率放大电路的输出端与整流可控硅主电路相连，单片机U1通过功率放大电路驱动整流可控硅主电路以控制整流可控硅导通角的大小。功率放大电路包括三极管Q1、光耦U7和U8，三极管Q1的基极与单片机U1的39脚相连，三极管Q1的发射极由变频器开关电源提供+5V电源，三极管Q1的集电极与光耦U7和U8的输入端相连，光耦U7和U8的输出端分别连接整流可控硅主电路。单片机U1的+5V电源来自于变频器开关电源，X1与X2作为变频器主板启停信号输入信号，运算放大器U4的1脚的输出信号DCOUT也作为单片机的输入信号，变频器主板设置的减速时间参数则通过通讯总线传输给单片机U1的10脚和11脚。三极管Q1作为一个受单片机U1控制的电子开关，其作用是在单片机U1程序让其起作用时，才接通两路光耦U7、U8输出的初级电路，以减少电路板的耗电量与发热量，同时也增加电子元件使用寿命。两路光耦U7、U8最终驱动图2中的整流可控硅主电路的控制端g1-g6，以达到控制导通角的作用。

如图2所示，整流可控硅主电路包括整流电路和IGBT逆变器模块，整流电路采用上下桥可控硅全桥整流形式，IGBT模块型号为BSM200GD60DLC，整流控制端g1-g6得到来自于单片机U1的可变占空比的PWM矩形波，以控制每个可控硅的导通角大小，以得到母线电压可控的目的。本实用新型采用整流和逆变分开的形式，从而对整流实现自动控制。

以上所述的具体实施例，对本实用新型解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种变频控制器发电状态检测装置，其特征在于：它包括母线电压取样电路、母线电流方向监控电路、单片机、功率放大电路和整流可控硅主电路；

所述母线电压取样电路和母线电流方向监控电路分别与单片机的输入端相连，所述母线电压取样电路用于采集变频器母线电压的大小，所述母线电流方向监控电路用于监测变频器母线电流方向；

所述单片机的输出端与功率放大电路的输入端相连，所述功率放大电路的输出端与整流可控硅主电路相连，所述单片机通过功率放大电路驱动整流可控硅主电路以控制整流可控硅导通角的大小。

2.根据权利要求1所述的变频控制器发电状态检测装置，其特征在于：所述单片机的输入端还接收变频器主板启停信号和减速时间参数。

3.根据权利要求1所述的变频控制器发电状态检测装置，其特征在于：所述单片机的输出端将变频器的发电状态反馈至变频器主板。

4.根据权利要求1所述的变频控制器发电状态检测装置，其特征在于：所述母线电压取样电路包括高压电阻R1-R4、线性光藕U2、电源芯片U3和运算放大器U4，所述高压电阻R1-R4串联在PN母线的P端并与线性光藕U2的2脚相连，所述电源芯片U3的8脚连接变频器驱动下桥+16V电源，所述电源芯片U3的1脚为线性光藕U2的输入侧提供+5V电源，所述线性光藕U2的输出侧由变频器开关电源提供+5V电源，所述线性光藕U2的6脚、7脚分别与运算放大器U4的2脚、3脚相连，所述运算放大器U4由变频器开关电源提供+15V电源，所述运算放大器U4的1脚连接单片机的6脚，将母线电压取样信号传输至单片机U1。

5.根据权利要求1所述的变频控制器发电状态检测装置，其特征在于：所述母线电流方向监控电路包括储能电容C5和C6、均压电阻R5和R6、取样电阻R7和R8以及光耦U5和U6，所述储能电容C5和C6相互串联后并联在PN母线两端，所述储能电容C5上并联有均压电阻R5，所述储能电容C6上并联有均压电阻R6，所述取样电阻R7和R8分别串联在PN母线两端，所述PN母线两端经限流电阻驱动光耦U1和U2将母线电流方向信号传输至单片机U1的34脚和33脚。

6.根据权利要求1所述的变频控制器发电状态检测装置，其特征在于：所述功率放大电路包括三极管Q1、光耦U7和U8，所述三极管Q1的基极与单片机U1的39脚相连，所述三极管Q1的发射极由变频器开关电源提供+5V电源，所述三极管Q1的集电极与光耦U7和U8的输入端相连，所述光耦U7和U8的输出端分别连接整流可控硅主电路。

7.根据权利要求1所述的变频控制器发电状态检测装置，其特征在于：所述整流可控硅主电路包括整流电路和IGBT模块。

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