软启动保护模块与使用其的变频器的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种软启动保护模块与使用其的变频器，适用于变频模块。变频模块包括储能单元，软启动保护模块包括软启动单元以及中央处理单元。软启动单元包括功率电阻与常开的继电器。功率电阻电性连接储能单元的低压端，且功率电阻与继电器并联。中央处理单元电性连接变频模块与软启动单元，用以检测功率电阻的电压差。当变频模块开始工作时，中央处理单元输出第一控制信号，并控制继电器进入闭合状态。当变频模块开始工作，且中央处理单元检测到功率电阻的电压差上升时，中央处理单元判断继电器没有正常运作，并输出第二控制信号至变频模块，使得变频模块关闭。本实用新型能以较为简易的方式来判断继电器是否损坏。
【专利说明】软启动保护模块与使用其的变频器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种变频器(variable frequency drive),且特别涉及一种适用于变频模块的软启动保护模块及使用所述软启动保护模块的变频器。
【背景技术】
[0002]变频器是一种可调速驱动系统，其应用变频驱动技术与微电子技术，透过改变交流马达工作电压的频率和幅度来控制交流电机的电力控制设备。随着变频器的演进与开发，目前常见的变频器以交流转交流变频器居多。
[0003]变频器可分为三个部分，分别是整流单元、储能单元以及直流转交流的逆变单元(inverter) 0整流单元例如为二极管电桥，用以将接收到的交流市电整流为直流输出。储能单元包括一个大容量的储能元件，例如为电容，可以平滑直流输出的涟波及提供后级逆变单元稳定的电压输入。逆变单元再利用有源功率晶体管将电压转换为近似弦波的交流电压。
[0004]当市电开始输入变频器时，由于电容和市电的压差太大时，在启动瞬间会产生很大的充电电流，造成整流单元的损坏、或保险丝烧断等问题。因此，在变频器中时常会加入软启动单元，也就是说，在变频器中串联功率电阻，以减少充电电流。由于功率电阻是串联于整流单元与电容之间，当市电输入变频器时，功率电阻会消耗很大的功率。当电容充电至预定值时，软启动电路再利用继电器旁路功率电阻，且接着逆变单元透过有源功率晶体管的切换输出交流电压。
[0005]若继电器发生故障，可能会造成软启动单元失效。为了即时发现继电器发生故障，目前公知的作法是，于变频器中加入光耦合器，光耦合器包括发光二极管与光敏晶体管。发光二极管并联于软启动单元的功率电阻，而光敏晶体管电性连接至中央处理单元。藉此，当发光二极管发光时，光敏晶体管会接收发光二极管所发出的光，以据此产生信号给中央处理单元，且中央处理单元会判断继电器并未正常工作，亦即中央处理单元可以透过发光二极管是否发光来判断继电器是否正常工作。当变频器开始工作(是指逆变单元开始输出交流电压)，且继电器没有正常工作(即未旁路功率电阻)时，光耦合器会输出信号至中央处理单元，使得中央处理单元关闭变频器(实质上为关闭逆变器中所有的有源功率晶体管，以停止输出交流电压)，以避免变频器损坏。
[0006]然而，目前公知的作法需要在软启动保护模块中加入发光二极管以及光敏晶体管，故造成电路的成本与体积提高。因此，为了解决电路的成本与体积提高的问题，需要一种软启动保护模块的设计，在能保护变频器的前提下，亦可降低电路的体积与成本。
【发明内容】
[0007]本实用新型实施例提供一种软启动保护模块。所述软启动保护模块适用于一变频模块。变频模块包括储能单元。软启动保护模块包括软启动单元以及中央处理单元。软启动单元包括功率电阻与常开(normally open)的继电器,功率电阻电性连接于储能单元的低压端，且功率电阻与继电器并联。中央处理单元电性连接变频模块与软启动单元，用以检测功率电阻的电压差。当变频模块开始工作时，中央处理单元输出第一控制信号至继电器，并控制继电器进入闭合状态(close state)，使得功率电阻的电压差稳定不上升。当变频模块开始工作，且中央处理单元检测到功率电阻的电压差上升时，中央处理单元判断继电器没有正常运作，此时中央处理单元输出第二控制信号至变频模块，使得变频模块关闭。
[0008]根据一示例实施方式，其中当该变频模块开始工作前，该变频模块接收一市电使该变频模块的该储能单元开始充电，此时该继电器处于一开路状态。
[0009]根据一示例实施方式,其中该储能单元是一电容。
[0010]根据一示例实施方式，其中该市电为一单相交流电。
[0011]根据一不例实施方式，其中该市电为一三相交流电。
[0012]本实用新型实施例提供一种变频器，所述变频器包括变频模块与上述软启动保护模块。所述变频器包括变频模块、软启动单元以及中央处理单元。变频模块包括储能单元。变频模块用以调整市电的频率和幅度。软启动单元电性连接变频模块，其包括功率电阻与常开的继电器。功率电阻电性连接于储能单元的低压端，且功率电阻与继电器并联。中央处理单元电性连接变频模块与软启动单元，用以检测功率电阻的电压差。当变频模块开始工作时，中央处理单元输出第一控制信号至继电器，并控制继电器进入闭合状态，使得功率电阻的电压差稳定不上升。当变频模块开始工作，且中央处理单元检测到功率电阻的电压差上升时，中央处理单元判断继电器没有正常运作，此时中央处理单元输出第二控制信号至变频模块，使得变频模块关闭。
[0013]根据一示例实施方式，其中当该变频模块开始工作前，该变频模块接收该市电使该变频模块的该储能单元开始充电，此时该继电器处于一开路状态。
[0014]根据一示例实施方式,其中该储能单元是一电容。
[0015]根据一示例实施方式，其中该市电为一单相交流电。
[0016]根据一不例实施方式，其中该市电为一三相交流电。
[0017]综上所述，本实用新型实施例所提供的软启动保护模块及使用其的变频器可以透过直接检测功率电阻两端的电压差来判断继电器是否正常运作。相较于现有的技术，所述软启动保护模块以较为简易的方式来判断继电器是否损坏，并降低软启动保护模块中电路的体积以及成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1是本实用新型实施例的变频模块与软启动保护模块的方框图。
[0019]图2是本实用新型实施例的变频模块与软启动保护模块的示意图。
[0020]其中，附图标记说明如下:
[0021]1:变频器
[0022]11:变频模块
[0023]12:软启动保护模块
[0024]13:市电
[0025]121:软启动单元
[0026]122:中央处理单元
[0027]111:整流单元
[0028]112:储能单元
[0029]1211:功率电阻
[0030]1212:继电器
[0031]L:输入火线端
[0032]N:输入零线端
【具体实施方式】
[0033]在下文将参看随附附图更充分地描述各种例示性实施例，在随附附图中展示一些例示性实施例。然而，本实用新型概念可能以许多不同形式来体现，且不应解释为限于本文中所阐述的例示性实施例。确切而言，提供此等例示性实施例使得本实用新型将为详尽且完整，且将向本领域的技术人员充分传达本实用新型概念的范畴。在诸附图中，可为了清楚而夸示层及区的大小及相对大小。类似数字始终指示类似元件。
[0034]应理解，虽然本文中可能使用术语第一、第二、第三等来描述各种元件与信号，但此等元件与信号不应受此等术语限制。另外，如本文中所使用，术语“或”视实际情况可能包括相关联的列出项目中的任一者或者多者的所有组合。
[0035]请参阅图1，图1是本实用新型实施例的变频模块与软启动保护模块的方框图。本实用新型实施例的软启动保护模块12适用于任一种变频模块，且变频模块11与软启动保护模块12可以组成一个变频器I。软启动保护模块12包括软启动单元121与中央处理单元122。软启动单元121电性连接于中央处理单元122与变频模块11。中央处理单元122电性连接于变频模块11。变频模块11的输入端用以接收市电13。
[0036]变频模块11用以调整市电13的频率和幅度。变频模块11可能为电压源变频器、电流源变频器或者六步方波变频器，本实用新型并不限制变频模块11的种类。另外，市电13可能为单向交流电或三相交流电，本实用新型并不加以限制。
[0037]软启动单元121包括功率电阻以及常开的继电器(图1未绘示)，且功率电阻串联于变频模块11中，以减少变频模块11启动瞬间所产生的充电电流。继电器并联于功率电阻，以在变频模块开始工作(是指变频模块中的储能元件充电完毕后，开始透过其逆变单元输出交流电压)时旁路功率电阻。中央处理单元122包括适当的电路、逻辑和/或编码，以控制变频模块11以及软启动单元121的运作。
[0038]详细地说，请参阅图2，图2是本实用新型实施例的变频模块与软启动保护模块的示意图。变频模块11与软启动保护模块可以组成一个变频器(图2未绘示)。变频模块11包括整流单元111、储能单元112以及逆变单元(图2未绘示)。整流单元111,例如为全桥式整流器、半桥式整流器、交流/直流电源整流器或全波整流器，用以将交流电源的市电的波形整流为可供储能单元112使用的直流电压。需注意的是，本实用新型实施例的整流单元111可为上述任一种整流器。此外上述几种整流器仅为常见整流器的例子，本实用新型并不限定整流单元111为哪一种整流器。
[0039]变频模块11接收由输入火线端(Live Bus)L以及输入零线端(Neutral Bus)N所输入的市电后，透过整流单元111将市电转换为直流输出电压。接着，储能单元112接收直流输出电压并开始充电，以提供稳定平滑的直流输出电压给逆变单元。最后，逆变单元再透过有源功率晶体管将直流输出电压转换为近似弦波的交流电压，并输出交流电压制后端电机(图2未绘示)，例如交流马达。值得一提的是，本实用新型实施例的储能单元112为电容。
[0040]软启动保护模块包括软启动单元121与中央处理单元(图2未绘示)。软启动单元121还包括功率电阻1211以及常开的继电器1212。功率电阻1211串联于变频模块11中，且功率电阻1211串接于储能单元112的低压端，以减少变频模块11启动瞬间所产生的充电电流，也就是说，储能单元112在充电时，继电器1212维持开路状态(open state)。继电器1212则并联于功率电阻1211，以在变频模块11开始工作时旁路功率电阻1211，亦即继电器1212在变频模块11开始工作时，会被控制为闭合状态。中央处理单元包括适当的电路、逻辑和/或编码，用以控制变频模块11以及软启动单元121的运作。于本实用新型实施例中，中央处理单元较佳是电性连接于储能单元112的低压端。
[0041]当市电输入变频模块11，且在变频模块11开始工作前(逆变单元未开始输出交流电压前)，储能单元112开始充电。此时，由于继电器1212为开路状态，使得电流流经功率电阻1211，同时功率电阻1211两端的电压差随着储能单元112的电压上升而下降。当储能单元112充电至预定值时，变频模块11开始工作，同时中央处理单元输出第一控制信号至继电器1212，使得继电器1212进入闭合状态。
[0042]当继电器1212进入闭合状态后，中央处理单元开始检测功率电阻1211两端的电压差是否稳定。值得一提的是，由于中央处理单元是电性连接于储能单元112的低压端，且功率电阻1211同样是电性连接于储能单元112的低压端，故中央处理单元可直接检测功率电阻1211两端的电压差是否稳定，而不需要串接额外的元件于功率电阻1211。
[0043]若继电器1212正常运作(即继电器1212保持闭合状态)，电流将不会流经功率电阻1211，使得功率电阻1211两端的电压差稳定不上升。换言之的，若继电器1212没有正常运作(即继电器1212没有保持闭合状态)，电流将会流经功率电阻1211，使得功率电阻1211两端的电压差上升。
[0044]当中央处理单元检测到功率电阻1211两端的电压差上升时，中央处理单元判断继电器1212没有正常运作(例如继电器1212故障)，此时中央处理单元输出第二控制信号至变频模块11，使得变频模块11关闭，以避免变频模块11损坏。更精确地说，第二控制信号是使逆变单元的有源功率晶体管全部关闭，以停止输出交流电压，而关闭变频模块11。
[0045]根据以上所述，本实用新型实施例所提供的软启动保护模块及使用其的变频器可以透过直接检测功率电阻两端的电压差来判断继电器是否正常运作。相较于现有的技术，所述软启动保护模块以较为简易的方式来判断继电器是否损坏，并降低软启动保护模块中电路的体积以及成本。
[0046]以上所述，仅为本实用新型的具体实施例，惟本实用新型的特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在本实用新型的领域内，可轻易思及的变化或修饰，皆可涵盖在本实用新型的专利范围内。
【权利要求】
1.一种软启动保护模块，适用于一变频模块，该变频模块包括一储能单元，其特征在于，该软启动保护模块包括: 一软启动单元，该软启动单元还包括一功率电阻与一常开的继电器，该功率电阻电性连接于该储能单元的一低压端，且该功率电阻与该继电器并联；以及 一中央处理单元，该中央处理单元电性连接该变频模块与该软启动单元，用以检测该功率电阻的电压差； 其中，当该变频模块开始工作时，该中央处理单元输出一第一控制信号至该继电器，并控制该继电器进入一闭合状态，使得该功率电阻的电压差稳定不上升；当该变频模块开始工作，且该中央处理单元检测到该功率电阻的电压差上升时，该中央处理单元判断该继电器没有正常运作，此时该中央处理单元输出一第二控制信号至该变频模块，使得该变频模块关闭。
2.如权利要求1所述的软启动保护模块，其中当该变频模块开始工作前，该变频模块接收一市电使该变频模块的该储能单元开始充电，此时该继电器处于一开路状态。
3.如权利要求1所述的软启动保护模块，其中该储能单元是一电容。
4.如权利要求2所述的软启动保护模块，其中该市电为一单相交流电。
5.如权利要求2所述的软启动保护模块，其中该市电为一三相交流电。
6.一种变频器，其特征在于，包括: 一变频模块，用以调整一市电的一频率和一幅度，该变频模块包括一储能单元； 一软启动保护模块，该软启动保护模块包括: 一软启动单元，电性连接该变频模块，该软启动单元还包括一功率电阻与一常开的继电器，该功率电阻电性连接于该储能单元的一低压端，且该功率电阻与该继电器并联；以及 一中央处理单元，该中央处理单元电性连接该变频模块与该软启动单元，用以检测该功率电阻的电压差； 其中，当该变频模块开始工作时，该中央处理单元输出一第一控制信号至该继电器，并控制该继电器进入一闭合状态，使得该功率电阻的电压差稳定不上升；当该变频模块开始工作，且该中央处理单元检测到该功率电阻的电压差上升时，该中央处理单元判断该继电器没有正常运作，此时该中央处理单元输出一第二控制信号至该变频模块，使得该变频模块关闭。
7.如权利要求6所述的变频器，其中当该变频模块开始工作前，该变频模块接收该市电使该变频模块的该储能单元开始充电，此时该继电器处于一开路状态。
8.如权利要求6所述的变频器，其中该储能单元是一电容。
9.如权利要求6所述的变频器，其中该市电为一单相交流电。
10.如权利要求6所述的变频器，其中该市电为一三相交流电。
【文档编号】H02M1/36GK204216778SQ201420553380
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2014年9月24日 优先权日:2014年9月24日
【发明者】林奇峰 申请人:光宝电子(广州)有限公司, 光宝科技股份有限公司