軟啟動保護(hù)模塊與使用其的變頻器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種軟啟動保護(hù)模塊與使用其的變頻器，適用于變頻模塊。變頻模塊包括儲能單元，軟啟動保護(hù)模塊包括軟啟動單元以及中央處理單元。軟啟動單元包括功率電阻與常開的繼電器。功率電阻電性連接儲能單元的低壓端，且功率電阻與繼電器并聯(lián)。中央處理單元電性連接變頻模塊與軟啟動單元，用以檢測功率電阻的電壓差。當(dāng)變頻模塊開始工作時，中央處理單元輸出第一控制信號，并控制繼電器進(jìn)入閉合狀態(tài)。當(dāng)變頻模塊開始工作，且中央處理單元檢測到功率電阻的電壓差上升時，中央處理單元判斷繼電器沒有正常運(yùn)作，并輸出第二控制信號至變頻模塊，使得變頻模塊關(guān)閉。本實(shí)用新型能以較為簡易的方式來判斷繼電器是否損壞。
【專利說明】軟啟動保護(hù)模塊與使用其的變頻器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種變頻器(variable frequency drive),且特別涉及一種適用于變頻模塊的軟啟動保護(hù)模塊及使用所述軟啟動保護(hù)模塊的變頻器。

【背景技術(shù)】
[0002]變頻器是一種可調(diào)速驅(qū)動系統(tǒng)，其應(yīng)用變頻驅(qū)動技術(shù)與微電子技術(shù)，透過改變交流馬達(dá)工作電壓的頻率和幅度來控制交流電機(jī)的電力控制設(shè)備。隨著變頻器的演進(jìn)與開發(fā)，目前常見的變頻器以交流轉(zhuǎn)交流變頻器居多。
[0003]變頻器可分為三個部分，分別是整流單元、儲能單元以及直流轉(zhuǎn)交流的逆變單元(inverter) 0整流單元例如為二極管電橋，用以將接收到的交流市電整流為直流輸出。儲能單元包括一個大容量的儲能元件，例如為電容，可以平滑直流輸出的漣波及提供后級逆變單元穩(wěn)定的電壓輸入。逆變單元再利用有源功率晶體管將電壓轉(zhuǎn)換為近似弦波的交流電壓。
[0004]當(dāng)市電開始輸入變頻器時，由于電容和市電的壓差太大時，在啟動瞬間會產(chǎn)生很大的充電電流，造成整流單元的損壞、或保險絲燒斷等問題。因此，在變頻器中時常會加入軟啟動單元，也就是說，在變頻器中串聯(lián)功率電阻，以減少充電電流。由于功率電阻是串聯(lián)于整流單元與電容之間，當(dāng)市電輸入變頻器時，功率電阻會消耗很大的功率。當(dāng)電容充電至預(yù)定值時，軟啟動電路再利用繼電器旁路功率電阻，且接著逆變單元透過有源功率晶體管的切換輸出交流電壓。
[0005]若繼電器發(fā)生故障，可能會造成軟啟動單元失效。為了即時發(fā)現(xiàn)繼電器發(fā)生故障，目前公知的作法是，于變頻器中加入光耦合器，光耦合器包括發(fā)光二極管與光敏晶體管。發(fā)光二極管并聯(lián)于軟啟動單元的功率電阻，而光敏晶體管電性連接至中央處理單元。藉此，當(dāng)發(fā)光二極管發(fā)光時，光敏晶體管會接收發(fā)光二極管所發(fā)出的光，以據(jù)此產(chǎn)生信號給中央處理單元，且中央處理單元會判斷繼電器并未正常工作，亦即中央處理單元可以透過發(fā)光二極管是否發(fā)光來判斷繼電器是否正常工作。當(dāng)變頻器開始工作(是指逆變單元開始輸出交流電壓)，且繼電器沒有正常工作(即未旁路功率電阻)時，光耦合器會輸出信號至中央處理單元，使得中央處理單元關(guān)閉變頻器(實(shí)質(zhì)上為關(guān)閉逆變器中所有的有源功率晶體管，以停止輸出交流電壓)，以避免變頻器損壞。
[0006]然而，目前公知的作法需要在軟啟動保護(hù)模塊中加入發(fā)光二極管以及光敏晶體管，故造成電路的成本與體積提高。因此，為了解決電路的成本與體積提高的問題，需要一種軟啟動保護(hù)模塊的設(shè)計(jì)，在能保護(hù)變頻器的前提下，亦可降低電路的體積與成本。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本實(shí)用新型實(shí)施例提供一種軟啟動保護(hù)模塊。所述軟啟動保護(hù)模塊適用于一變頻模塊。變頻模塊包括儲能單元。軟啟動保護(hù)模塊包括軟啟動單元以及中央處理單元。軟啟動單元包括功率電阻與常開(normally open)的繼電器,功率電阻電性連接于儲能單元的低壓端，且功率電阻與繼電器并聯(lián)。中央處理單元電性連接變頻模塊與軟啟動單元，用以檢測功率電阻的電壓差。當(dāng)變頻模塊開始工作時，中央處理單元輸出第一控制信號至繼電器，并控制繼電器進(jìn)入閉合狀態(tài)(close state)，使得功率電阻的電壓差穩(wěn)定不上升。當(dāng)變頻模塊開始工作，且中央處理單元檢測到功率電阻的電壓差上升時，中央處理單元判斷繼電器沒有正常運(yùn)作，此時中央處理單元輸出第二控制信號至變頻模塊，使得變頻模塊關(guān)閉。
[0008]根據(jù)一示例實(shí)施方式，其中當(dāng)該變頻模塊開始工作前，該變頻模塊接收一市電使該變頻模塊的該儲能單元開始充電，此時該繼電器處于一開路狀態(tài)。
[0009]根據(jù)一示例實(shí)施方式,其中該儲能單元是一電容。
[0010]根據(jù)一示例實(shí)施方式，其中該市電為一單相交流電。
[0011]根據(jù)一不例實(shí)施方式，其中該市電為一三相交流電。
[0012]本實(shí)用新型實(shí)施例提供一種變頻器，所述變頻器包括變頻模塊與上述軟啟動保護(hù)模塊。所述變頻器包括變頻模塊、軟啟動單元以及中央處理單元。變頻模塊包括儲能單元。變頻模塊用以調(diào)整市電的頻率和幅度。軟啟動單元電性連接變頻模塊，其包括功率電阻與常開的繼電器。功率電阻電性連接于儲能單元的低壓端，且功率電阻與繼電器并聯(lián)。中央處理單元電性連接變頻模塊與軟啟動單元，用以檢測功率電阻的電壓差。當(dāng)變頻模塊開始工作時，中央處理單元輸出第一控制信號至繼電器，并控制繼電器進(jìn)入閉合狀態(tài)，使得功率電阻的電壓差穩(wěn)定不上升。當(dāng)變頻模塊開始工作，且中央處理單元檢測到功率電阻的電壓差上升時，中央處理單元判斷繼電器沒有正常運(yùn)作，此時中央處理單元輸出第二控制信號至變頻模塊，使得變頻模塊關(guān)閉。
[0013]根據(jù)一示例實(shí)施方式，其中當(dāng)該變頻模塊開始工作前，該變頻模塊接收該市電使該變頻模塊的該儲能單元開始充電，此時該繼電器處于一開路狀態(tài)。
[0014]根據(jù)一示例實(shí)施方式,其中該儲能單元是一電容。
[0015]根據(jù)一示例實(shí)施方式，其中該市電為一單相交流電。
[0016]根據(jù)一不例實(shí)施方式，其中該市電為一三相交流電。
[0017]綜上所述，本實(shí)用新型實(shí)施例所提供的軟啟動保護(hù)模塊及使用其的變頻器可以透過直接檢測功率電阻兩端的電壓差來判斷繼電器是否正常運(yùn)作。相較于現(xiàn)有的技術(shù)，所述軟啟動保護(hù)模塊以較為簡易的方式來判斷繼電器是否損壞，并降低軟啟動保護(hù)模塊中電路的體積以及成本。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例的變頻模塊與軟啟動保護(hù)模塊的方框圖。
[0019]圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例的變頻模塊與軟啟動保護(hù)模塊的示意圖。
[0020]其中，附圖標(biāo)記說明如下:
[0021]1:變頻器
[0022]11:變頻模塊
[0023]12:軟啟動保護(hù)模塊
[0024]13:市電
[0025]121:軟啟動單元
[0026]122:中央處理單元
[0027]111:整流單元
[0028]112:儲能單元
[0029]1211:功率電阻
[0030]1212:繼電器
[0031]L:輸入火線端
[0032]N:輸入零線端

【具體實(shí)施方式】
[0033]在下文將參看隨附附圖更充分地描述各種例示性實(shí)施例，在隨附附圖中展示一些例示性實(shí)施例。然而，本實(shí)用新型概念可能以許多不同形式來體現(xiàn)，且不應(yīng)解釋為限于本文中所闡述的例示性實(shí)施例。確切而言，提供此等例示性實(shí)施例使得本實(shí)用新型將為詳盡且完整，且將向本領(lǐng)域的技術(shù)人員充分傳達(dá)本實(shí)用新型概念的范疇。在諸附圖中，可為了清楚而夸示層及區(qū)的大小及相對大小。類似數(shù)字始終指示類似元件。
[0034]應(yīng)理解，雖然本文中可能使用術(shù)語第一、第二、第三等來描述各種元件與信號，但此等元件與信號不應(yīng)受此等術(shù)語限制。另外，如本文中所使用，術(shù)語“或”視實(shí)際情況可能包括相關(guān)聯(lián)的列出項(xiàng)目中的任一者或者多者的所有組合。
[0035]請參閱圖1，圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例的變頻模塊與軟啟動保護(hù)模塊的方框圖。本實(shí)用新型實(shí)施例的軟啟動保護(hù)模塊12適用于任一種變頻模塊，且變頻模塊11與軟啟動保護(hù)模塊12可以組成一個變頻器I。軟啟動保護(hù)模塊12包括軟啟動單元121與中央處理單元122。軟啟動單元121電性連接于中央處理單元122與變頻模塊11。中央處理單元122電性連接于變頻模塊11。變頻模塊11的輸入端用以接收市電13。
[0036]變頻模塊11用以調(diào)整市電13的頻率和幅度。變頻模塊11可能為電壓源變頻器、電流源變頻器或者六步方波變頻器，本實(shí)用新型并不限制變頻模塊11的種類。另外，市電13可能為單向交流電或三相交流電，本實(shí)用新型并不加以限制。
[0037]軟啟動單元121包括功率電阻以及常開的繼電器(圖1未繪示)，且功率電阻串聯(lián)于變頻模塊11中，以減少變頻模塊11啟動瞬間所產(chǎn)生的充電電流。繼電器并聯(lián)于功率電阻，以在變頻模塊開始工作(是指變頻模塊中的儲能元件充電完畢后，開始透過其逆變單元輸出交流電壓)時旁路功率電阻。中央處理單元122包括適當(dāng)?shù)碾娐?、邏輯?或編碼，以控制變頻模塊11以及軟啟動單元121的運(yùn)作。
[0038]詳細(xì)地說，請參閱圖2，圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例的變頻模塊與軟啟動保護(hù)模塊的示意圖。變頻模塊11與軟啟動保護(hù)模塊可以組成一個變頻器(圖2未繪示)。變頻模塊11包括整流單元111、儲能單元112以及逆變單元(圖2未繪示)。整流單元111,例如為全橋式整流器、半橋式整流器、交流/直流電源整流器或全波整流器，用以將交流電源的市電的波形整流為可供儲能單元112使用的直流電壓。需注意的是，本實(shí)用新型實(shí)施例的整流單元111可為上述任一種整流器。此外上述幾種整流器僅為常見整流器的例子，本實(shí)用新型并不限定整流單元111為哪一種整流器。
[0039]變頻模塊11接收由輸入火線端(Live Bus)L以及輸入零線端(Neutral Bus)N所輸入的市電后，透過整流單元111將市電轉(zhuǎn)換為直流輸出電壓。接著，儲能單元112接收直流輸出電壓并開始充電，以提供穩(wěn)定平滑的直流輸出電壓給逆變單元。最后，逆變單元再透過有源功率晶體管將直流輸出電壓轉(zhuǎn)換為近似弦波的交流電壓，并輸出交流電壓制后端電機(jī)(圖2未繪示)，例如交流馬達(dá)。值得一提的是，本實(shí)用新型實(shí)施例的儲能單元112為電容。
[0040]軟啟動保護(hù)模塊包括軟啟動單元121與中央處理單元(圖2未繪示)。軟啟動單元121還包括功率電阻1211以及常開的繼電器1212。功率電阻1211串聯(lián)于變頻模塊11中，且功率電阻1211串接于儲能單元112的低壓端，以減少變頻模塊11啟動瞬間所產(chǎn)生的充電電流，也就是說，儲能單元112在充電時，繼電器1212維持開路狀態(tài)(open state)。繼電器1212則并聯(lián)于功率電阻1211，以在變頻模塊11開始工作時旁路功率電阻1211，亦即繼電器1212在變頻模塊11開始工作時，會被控制為閉合狀態(tài)。中央處理單元包括適當(dāng)?shù)碾娐?、邏輯?或編碼，用以控制變頻模塊11以及軟啟動單元121的運(yùn)作。于本實(shí)用新型實(shí)施例中，中央處理單元較佳是電性連接于儲能單元112的低壓端。
[0041]當(dāng)市電輸入變頻模塊11，且在變頻模塊11開始工作前(逆變單元未開始輸出交流電壓前)，儲能單元112開始充電。此時，由于繼電器1212為開路狀態(tài)，使得電流流經(jīng)功率電阻1211，同時功率電阻1211兩端的電壓差隨著儲能單元112的電壓上升而下降。當(dāng)儲能單元112充電至預(yù)定值時，變頻模塊11開始工作，同時中央處理單元輸出第一控制信號至繼電器1212，使得繼電器1212進(jìn)入閉合狀態(tài)。
[0042]當(dāng)繼電器1212進(jìn)入閉合狀態(tài)后，中央處理單元開始檢測功率電阻1211兩端的電壓差是否穩(wěn)定。值得一提的是，由于中央處理單元是電性連接于儲能單元112的低壓端，且功率電阻1211同樣是電性連接于儲能單元112的低壓端，故中央處理單元可直接檢測功率電阻1211兩端的電壓差是否穩(wěn)定，而不需要串接額外的元件于功率電阻1211。
[0043]若繼電器1212正常運(yùn)作(即繼電器1212保持閉合狀態(tài))，電流將不會流經(jīng)功率電阻1211，使得功率電阻1211兩端的電壓差穩(wěn)定不上升。換言之的，若繼電器1212沒有正常運(yùn)作(即繼電器1212沒有保持閉合狀態(tài))，電流將會流經(jīng)功率電阻1211，使得功率電阻1211兩端的電壓差上升。
[0044]當(dāng)中央處理單元檢測到功率電阻1211兩端的電壓差上升時，中央處理單元判斷繼電器1212沒有正常運(yùn)作(例如繼電器1212故障)，此時中央處理單元輸出第二控制信號至變頻模塊11，使得變頻模塊11關(guān)閉，以避免變頻模塊11損壞。更精確地說，第二控制信號是使逆變單元的有源功率晶體管全部關(guān)閉，以停止輸出交流電壓，而關(guān)閉變頻模塊11。
[0045]根據(jù)以上所述，本實(shí)用新型實(shí)施例所提供的軟啟動保護(hù)模塊及使用其的變頻器可以透過直接檢測功率電阻兩端的電壓差來判斷繼電器是否正常運(yùn)作。相較于現(xiàn)有的技術(shù)，所述軟啟動保護(hù)模塊以較為簡易的方式來判斷繼電器是否損壞，并降低軟啟動保護(hù)模塊中電路的體積以及成本。
[0046]以上所述，僅為本實(shí)用新型的具體實(shí)施例，惟本實(shí)用新型的特征并不局限于此，任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實(shí)用新型的領(lǐng)域內(nèi)，可輕易思及的變化或修飾，皆可涵蓋在本實(shí)用新型的專利范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種軟啟動保護(hù)模塊，適用于一變頻模塊，該變頻模塊包括一儲能單元，其特征在于，該軟啟動保護(hù)模塊包括: 一軟啟動單元，該軟啟動單元還包括一功率電阻與一常開的繼電器，該功率電阻電性連接于該儲能單元的一低壓端，且該功率電阻與該繼電器并聯(lián)；以及 一中央處理單元，該中央處理單元電性連接該變頻模塊與該軟啟動單元，用以檢測該功率電阻的電壓差； 其中，當(dāng)該變頻模塊開始工作時，該中央處理單元輸出一第一控制信號至該繼電器，并控制該繼電器進(jìn)入一閉合狀態(tài)，使得該功率電阻的電壓差穩(wěn)定不上升；當(dāng)該變頻模塊開始工作，且該中央處理單元檢測到該功率電阻的電壓差上升時，該中央處理單元判斷該繼電器沒有正常運(yùn)作，此時該中央處理單元輸出一第二控制信號至該變頻模塊，使得該變頻模塊關(guān)閉。
2.如權(quán)利要求1所述的軟啟動保護(hù)模塊，其中當(dāng)該變頻模塊開始工作前，該變頻模塊接收一市電使該變頻模塊的該儲能單元開始充電，此時該繼電器處于一開路狀態(tài)。
3.如權(quán)利要求1所述的軟啟動保護(hù)模塊，其中該儲能單元是一電容。
4.如權(quán)利要求2所述的軟啟動保護(hù)模塊，其中該市電為一單相交流電。
5.如權(quán)利要求2所述的軟啟動保護(hù)模塊，其中該市電為一三相交流電。
6.一種變頻器，其特征在于，包括: 一變頻模塊，用以調(diào)整一市電的一頻率和一幅度，該變頻模塊包括一儲能單元； 一軟啟動保護(hù)模塊，該軟啟動保護(hù)模塊包括: 一軟啟動單元，電性連接該變頻模塊，該軟啟動單元還包括一功率電阻與一常開的繼電器，該功率電阻電性連接于該儲能單元的一低壓端，且該功率電阻與該繼電器并聯(lián)；以及 一中央處理單元，該中央處理單元電性連接該變頻模塊與該軟啟動單元，用以檢測該功率電阻的電壓差； 其中，當(dāng)該變頻模塊開始工作時，該中央處理單元輸出一第一控制信號至該繼電器，并控制該繼電器進(jìn)入一閉合狀態(tài)，使得該功率電阻的電壓差穩(wěn)定不上升；當(dāng)該變頻模塊開始工作，且該中央處理單元檢測到該功率電阻的電壓差上升時，該中央處理單元判斷該繼電器沒有正常運(yùn)作，此時該中央處理單元輸出一第二控制信號至該變頻模塊，使得該變頻模塊關(guān)閉。
7.如權(quán)利要求6所述的變頻器，其中當(dāng)該變頻模塊開始工作前，該變頻模塊接收該市電使該變頻模塊的該儲能單元開始充電，此時該繼電器處于一開路狀態(tài)。
8.如權(quán)利要求6所述的變頻器，其中該儲能單元是一電容。
9.如權(quán)利要求6所述的變頻器，其中該市電為一單相交流電。
10.如權(quán)利要求6所述的變頻器，其中該市電為一三相交流電。
【文檔編號】H02M1/36GK204216778SQ201420553380
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2014年9月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月24日
【發(fā)明者】林奇峰 申請人:光寶電子(廣州)有限公司, 光寶科技股份有限公司