可软启动的变频器及其软启动电路、软启动方法和软启动装置与流程

本发明涉及变频器技术领域，特别是涉及可软启动的变频器及其软启动电路、软启动方法和软启动装置。

背景技术：

现有技术中，变频器的软启动电路包括软启动电阻以及和软启动电阻并联的软启动开关(可以采用功率继电器、晶闸管或电子可控开关)，变频器上电瞬间通过软启动电阻对母线电容充电，当母线电容的电压到达一定值时，软启动开关工作将软启动电阻短接掉，之后变频器正常工作与运行，如果软启动开关失效可能损坏变频器。

技术实现要素：

基于此，提供一种可软启动的变频器及其软启动电路、软启动方法和软启动装置，在变频器运行前进行自检，防止由于软启动电阻或软启动开关失效对变频器造成的损坏。

一种变频器的软启动电路，包括串联在变频器整流回路中的升压电感、软启动电阻和侦测电阻，其中所述软启动电阻并联有软启动开关；

所述软启动电路还包括控制单元，所述软启动开关以及变频器整流回路均受控于该控制单元，所述侦测电阻通过电压采样电路接入该控制单元；

所述控制单元用于在变频器启动前，控制软启动开关吸合，再预导通侦测电阻所处的变频器整流回路，通过采集侦测电阻的电压变化以判断所述软启动开关的吸合状态。

本发明还提供一种可软启动的变频器，包括相互耦合的整流单元和逆变单元，所述整流单元的输入侧配置有所述的软启动电路，所述控制单元还用于控制整流单元和逆变单元。

以下还提供了若干可选方式，但并不作为对可软启动的变频器总体方案的额外限定，仅仅是进一步的增补或优选，在没有技术或逻辑矛盾的前提下，各可选方式可单独针对上述总体方案进行组合，还可以是多个可选方式之间进行组合。

可选地，所述整流单元的输入侧为三相输入线路，每相输入线路中均设置升压电感，且仅在其中的第一相输入线路和第二相输入线路中分别设置所述软启动电阻、侦测电阻以及软启动开关。

可选地，预导通侦测电阻所处的变频器整流回路，包括：

所述控制单元通过整流单元导通第一相输入线路和第三相输入线路形成回路，以检测第一相输入线路上软启动开关的吸合状态；

所述控制单元通过整流单元导通第二相输入线路和第三相输入线路形成回路，以检测第二相输入线路上软启动开关的吸合状态。

可选地，所述控制单元还用于在所有软启动开关判定为吸合状态下，控制整流单元和逆变单元驱动负载。

本发明还提供了一种所述的变频器的软启动方法，包括：

发送吸合指令，控制软启动开关吸合，然后以任意次序进行如下步骤a和步骤b：

步骤a：发送控制指令，相应导通整流单元使第一相输入线路和第三相输入线路形成回路；

接收电压采样电路采集的第一相输入线路中侦测电阻的电压信号，并根据所述电压信号与相应阈值的关系判定第一相输入线路中软启动开关是否在吸合状态；

步骤b：发送控制指令，相应导通整流单元使第二相输入线路和第三相输入线路形成回路；

接收电压采样电路采集的第二相输入线路中侦测电阻的电压信号，并根据所述电压信号与相应阈值的关系判定第二相输入线路中软启动开关是否在吸合状态。

以下还提供了若干可选方式，但并不作为对变频器的软启动方法总体方案的额外限定，仅仅是进一步的增补或优选，在没有技术或逻辑矛盾的前提下，各可选方式可单独针对上述总体方案进行组合，还可以是多个可选方式之间进行组合。

可选地，步骤a和步骤b中，根据所述电压信号与相应阈值的关系进行判定时，包括：

电压信号对应的电压值超过相应阈值时，判定软启动开关在吸合状态；

否则，判定软启动开关在未吸合状态。

可选地，所述软启动方法还包括判定所有输入线路上的软启动开关处在吸合状态后，控制整流单元和逆变单元驱动负载。

本发明还提供了一种变频器的软启动装置，包括处理器和存储器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述的变频器的软启动方法。

本发明提供的可软启动的变频器及其软启动电路、软启动方法和软启动装置，在变频器运行前进行自检，防止由于软启动电阻或软启动开关失效对变频器造成的损坏。

附图说明

图1为变频器的软启动电路的电路图；

图2为变频器的软启动方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，一种变频器的软启动电路(图1中黑色框线内的部分)，包括串联在变频器整流回路中的升压电感、软启动电阻和侦测电阻，其中软启动电阻并联有软启动开关；

软启动电路还包括控制单元，软启动开关以及变频器整流回路均受控于该控制单元，侦测电阻通过电压采样电路接入该控制单元；

控制单元用于在变频器启动前，控制软启动开关吸合，再预导通侦测电阻所处的变频器整流回路，通过采集侦测电阻的电压变化以判断软启动开关的吸合状态。

所述软启动电路应用在四象限变频器中，可在多种场合下保证变频器的正常工作，例如，电梯、扶梯、公交梯、油田抽油机、起重机、矿井中的吊笼、闸门的启闭装置、高速分离机、高速离心机、混料厂用的涂料混合机、搅拌机等。

在变频器正常运行前，通过控制单元控制软启动开关同时或根据需要依次吸合，然后预导通(预导通仅为了与变频器正常工作时的导通相区别)侦测电阻所处的变频器回路，通过采集侦测电阻上的电压变化以判断软启动开关是否吸合。

在其中一个实施例中，如图1所示，一种可软启动的变频器，包括相互耦合的整流单元和逆变单元，整流单元的输入侧配置有所述的软启动电路，控制单元还用于控制整流单元和逆变单元。

在其中一个实施例中，如图1所示，整流单元的输入侧为三相输入线路，每相输入线路中均设置升压电感，且仅在其中的第一相输入线路和第二相输入线路中分别设置软启动电阻、侦测电阻以及软启动开关。

具体的，整流单元的输入侧为三相输入线路，分别为第一相输入线路l1、第二相输入线路l2和第三相输入线路l3，其中：

第一相输入线路l1中串联有升压电感fx、升压电感dx、软启动电阻r1、和侦测电阻r3，软启动电阻r1并联有软启动开关k1；

第二相输入线路l2中串联有升压电感fy、升压电感dy、软启动电阻r2、侦测电阻r4，软启动电阻r2并联有软启动开关k2；

第三相输入线路l3中串联有升压电感fz和升压电感dz。

升压电感fx、升压电感dx、升压电感fy、升压电感dy、升压电感fz和升压电感dz均为boost升压电感。

整流单元包括6个桥臂，分别为r上桥、r下桥、s上桥、s下桥、t上桥、t下桥，每个桥臂可以为一个单独的igbt或为igbt模组，第一相输入线路l1连接在r上桥和r下桥之间，第二相输入线路l2连接在s上桥和s下桥之间，第三相输入线路l3连接在t上桥和t下桥之间，整流单元的输出侧连接负载电动机m。

软启动开关k1和软启动开关k2可以采用功率继电器、晶闸管或者可控电子开关，通过控制单元控制软启动开关k1和软启动开关k2的开启和闭合。

r上桥、r下桥、s上桥、s下桥、t上桥、t下桥的基极均连接至控制单元，控制单元向r上桥、r下桥、s上桥、s下桥、t上桥、t下桥相应发送导通或断开信号。

第一相输入线路l1、第二相输入线路l2和第三相输入线路l3中至少有两相输入线路设置软启动开关、侦测电阻和软启动电阻，也可以在三相输入线路中均设置软启动开关、侦测电阻和软启动电阻。

软启动开关、侦测电阻和软启动电阻不限于同时设置在第一相输入线路l1和第二相输入线路l2上，也可以同时设置在第一相输入线路l1和第三相输入线路l3，或同时设置在第二相输入线路l2和第三相输入线路l3。

在变频器运行前，通过控制单元控制软启动开关吸合，同时向整流单元的各桥臂发送导通或断开信号，进而控制第一相输入线路l1和第二相输入线路l2上的电流大小，通过电流大小来判断软启动电阻或软启动开关是否失效。

为了采集第一相输入线路l1和第二相输入线路l2上的电流大小，在第一相输入线路l1和第二相输入线路l2上分别设置侦测电阻r3和侦测电阻r4，通过电压采样电路采集侦测电阻r3和侦测电阻r4上的电压大小，来反映第一相输入线路l1和第二相输入线路l2上的电流大小。

在其中一个实施例中，预导通侦测电阻所处的变频器整流回路，包括：

控制单元通过整流单元导通第一相输入线路和第三相输入线路形成回路，以检测第一相输入线路上软启动开关的吸合状态；

控制单元通过整流单元导通第二相输入线路和第三相输入线路形成回路，以检测第二相输入线路上软启动开关的吸合状态。

在其中一个实施例中，控制单元还用于在所有软启动开关判定为吸合状态下，控制整流单元和逆变单元驱动负载。

当所有软启动开关判定为吸合状态时，变频器完成自检功能，且变频器正常，通过控制单元控制整流单元和逆变单元驱动负载，变频器正常工作。

在其中一个实施例中，如图2所示，一种如图1所示的变频器的软启动方法，包括：

发送吸合指令，控制软启动开关吸合，然后以任意次序进行如下步骤a和步骤b：

步骤a：发送控制指令，相应导通整流单元使第一相输入线路和第三相输入线路形成回路；

接收电压采样电路采集的第一相输入线路中侦测电阻的电压信号，并根据电压信号与相应阈值的关系判定第一相输入线路中软启动开关是否在吸合状态；

步骤b：发送控制指令，相应导通整流单元使第二相输入线路和第三相输入线路形成回路；

接收电压采样电路采集的第二相输入线路中侦测电阻的电压信号，并根据电压信号与相应阈值的关系判定第二相输入线路中软启动开关是否在吸合状态。

在其中一个实施例中，步骤a和步骤b中，根据电压信号与相应阈值的关系进行判定时，包括：

电压信号对应的电压值超过相应阈值时，判定软启动开关在吸合状态；

否则，判定软启动开关在未吸合状态。

软启动开关k1和软启动开关k2可以同时吸合，也可以先后依次吸合。

具体地，变频器上电后，通过控制单元控制软启动开关k1和软启动开关k2的继电器线圈(假设软启动开关k1和软启动开关k2均采用功率继电器，如果采用其他形式的软启动开关，则控制单元发送相应的软启动开关控制信号，控制软启动开关的吸合)得电吸合，延时一段时间后，等待软启动开关k1和软启动开关k2完全吸合，然后通过控制单元控制整流单元各桥臂的导通和关断(通过pwm信号控制)，使第一相输入线路l1和第三相输入线路l3导通(为了有效地保护igbt，导通时间为0～10μs)，其余回路断开，如果此时，控制单元检测到侦测电阻r3两端的电压到达阈值vr3时，判断软启动开关k1为吸合状态；反之，如果没有达到阈值时，判断软启动开关k2为未吸合状态。

同理，控制单元控制整流单元各桥臂的导通和关断，第二相输入线路l2和第三相输入线路l3导通(为了有效地保护igbt，导通时间为0～10μs)，其余回路断开，如果此时，控制单元检测到侦测电阻r4两端的电压到达阈值vr4时，判断软启动开关k2为吸合状态；反之，如果没有达到阈值时，判断软启动开关k2为未吸合状态。

阈值vr3、vr4的计算方法如下：

假设boost升压电感的等效直流电阻分别为rfx、rfy、rfz、rdx、rdy、rdz，网测电源内阻忽略不计，网测电源电压分别为vrs、vrt、vst。

软启动开关k1吸合时：vr3＝vrt*r3/(rfx+rdx+rfz+rdz+r3)；

软启动开关k2吸合时：vr4＝vst*r4/(rfy+rdy+rfz+rdz+r3)；

软启动开关k1未吸合时：v’r3＝vrt*r3/(rfx+rdx+rfz+rdz+r3+r1)；

软启动开关k2未吸合时：v’r4＝vst*r4/(rfy+rdy+rfz+rdz+r3+r1)。

通过上述公式可以看出，vr3>v’r3，vr4>v’r4，当侦测电阻两端的电压达到阈值vr3、vr4时，对应的软启动开关处于吸合状态。

检测侦测电阻r3和侦测电阻r4两端的电压时，可以采用软件采集模拟信号通过控制单元自带ad采样的方案，也可以采用硬件电路将模拟信号转换为数字信号后，通过控制单元硬件中断的方案。由于第一相输入线路l1、第二相输入线路l2、第三相输入线路l3的导通时间为0～10us，时间比较短，优选采用通过控制单元硬件中断的方案。

在其中一个实施例中，软启动方法还包括判定所有输入线路上的软启动开关处在吸合状态后，控制整流单元和逆变单元驱动负载。

在软启动开关吸合正常，软启动电阻没有异常时，通过控制单元控制整流单元和逆变单元驱动负载。

在其中一个实施例中，一种变频器的软启动装置，包括处理器和存储器，存储器存储有计算机程序，处理器执行计算机程序时实现所述变频器的软启动方法。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。