变频器制动电路的故障处理电路、方法和装置以及变频器与流程

本发明涉及变频器领域，特别地，涉及一种变频器制动电路的故障处理电路、方法和装置以及变频器。

背景技术：

变频器驱动电机，当电机制动时，电机的减速运转使得再生能量通过变频器的逆变电路反馈到变频器的直流母线上，导致母线电压升高。当母线电压超过限值，可能会造成变频器损坏。

因此，在变频器电路中加入制动电路，如图1所示，制动电阻R1，二极管D7及IGBT制动管Q7共同组成变频器制动电路。当电机制动时，Q7导通将R1接入电路，使得反馈到变频器直流母线的再生能量以电流流过R1产生热量的形式消耗掉。从而起到保护变频器的作用，并缩短电机的制动时间。

当制动电路出现故障，同样会造成变频器系统的安全隐患。当制动电阻R1或IGBT制动管Q7发生开路，则制动电路没有接入变频器电路，没有起到制动保护的作用，可能会造成变频器损坏。而当Q7发生短路，则Q7一直导通，使得R1一直处于通电状态，长时间的通电发热可能会造成R1烧毁并可能引发火灾。

相关技术中，对于如何判断制动电路出现故障，目前尚未提供解决方案。

技术实现要素：

本发明提供了一种变频器制动电路的故障处理电路、方法和装置以及包括变频器制动电路的故障处理电路的变频器，用于检测制动电路的故障。

一方面，本发明提供了一种变频器制动电路的故障处理电路，包括控 制器，其中，所述控制器包括：电压检测端和控制引脚，所述电压检测端分别与所述变频器制动电路的直流母线连接，所述控制引脚与所述变频器制动电路中的制动管的门极连接。

变频器制动电路的故障处理电路还包括：

继电器，与所述控制器连接，在控制器的控制下导通或关断；

接触器，所述接触器的一端与所述继电器的一端连接，所述接触器的另一端与控制电源的火线端连接，所述控制电源的零线端与所述继电器的另一端连接，其中，所述控制电源为所述接触器供电。

所述接触器包括：多个主触头、励磁线圈和辅助触头；

其中，所述多个主触头分别与交流电的多个电流相电连接并且分别控制所述多个电流相的导通与关断，所述交流电输入到与所述变频器制动电路连接的变频器；所述励磁线圈的一端与所述控制电源的火线端连接，所述励磁线圈的另一端与所述辅助触头的一端连接；所述辅助触头的另一端与所述继电器的一端连接。

所述继电器集成在所述控制器内部。

变频器制动电路的故障处理电路还包括：第一开关和第二开关；

其中，所述第一开关串联连接在所述辅助触头与所述继电器之间；

所述第二开关并联连接在所述辅助触头的两端。

另一方面，本发明提供了一种变频器，所述变频器包括如上所述的变频器制动电路的故障处理电路。

本发明还提供一种变频器制动电路的故障处理方法，包括：

第一检测步骤：在与所述变频器制动电路连接的变频器有交流电输入但未驱动电机的状态下，在第一时刻，控制器检测所述变频器制动电路的直流母线之间的第一电压V1；

导通步骤：所述控制器控制导通所述变频器制动电路中的制动管；

第二检测步骤：在第二时刻，所述控制器检测所述变频器制动电路的直流母线之间的第二电压V2，其中，所述第二时刻与所述第一时刻之间相差第一预设时长；

关断步骤：所述控制器控制关断所述变频器制动电路中的所述制动管；

第三检测步骤：在第三时刻，所述控制器检测所述变频器制动电路的直流母线之间的第三电压V3，其中，所述第三时刻与所述第二时刻之间相差第二预设时长；

确定步骤：当|V1-V3|/V3的数值满足第一预设条件，且|V2-V3|/V3的数值满足第二预设条件时，确定所述变频器制动电路出现故障。

所述第一预设条件包括：0≤|V1-V3|/V3<N1，其中，0<N1≤1；

所述第二预设条件包括：0≤|V2-V3|/V3<N2，其中，0<N2≤1。

变频器制动电路的故障处理方法还包括：

控制步骤：控制重复执行所述第一检测步骤至所述确定步骤N3次，其中在所述确定步骤中确定出现故障的次数为N4，其中0≤N4≤N3；

判断步骤：判断所述N4/N3是否满足第三预设条件，如果判断结果为是，则确定所述变频器制动电路出现故障。

所述第三预设条件包括：N5<N4/N3≤1，其中0<N5<1。

在变频器制动电路的故障处理方法中，当不存在上述判断步骤时，则在所述确定步骤中确定所述变频器制动电路出现故障之后，还包括：

第一断开步骤：断开所述变频器的交流电输入。

在变频器制动电路的故障处理方法中，当存在上述判断步骤时，则在所述判断步骤中确定所述变频器制动电路出现故障之后，还包括：

第二断开步骤：断开所述变频器的交流电输入。

本发明还提供一种变频器制动电路的故障处理装置，包括：

控制器，所述控制器包括：

第一检测模块：用于在与所述变频器制动电路连接的变频器有交流电输入但未驱动电机的状态下，在第一时刻检测所述变频器制动电路的直流母线之间的第一电压V1；

导通模块：用于导通所述变频器制动电路中的制动管；

第二检测模块：用于在第二时刻，检测所述变频器制动电路的直流母线之间的第二电压V2，其中，所述第二时刻与所述第一时刻之间相差第一预设时长；

关断模块：用于关断所述变频器制动电路中的所述制动管；

第三检测模块：用于在第三时刻，检测所述变频器制动电路的直流母线之间的第三电压V3，其中，所述第三时刻与所述第二时刻之间相差第二预设时长；

确定模块：用于当|V1-V3|/V3的数值满足第一预设条件，且|V2-V3|/V3的数值满足第二预设条件时，确定所述变频器制动电路出现故障。

所述第一预设条件包括：0≤|V1-V3|/V3<N1，其中，0<N1≤1；

所述第二预设条件包括：0≤|V2-V3|/V3<N2，其中，0<N2≤1。

所述控制器还包括：第一断开模块，用于在所述确定模块确定所述变频器制动电路出现故障之后，断开所述变频器的交流电输入。

所述控制器还包括：

控制模块，用于控制所述第一检测模块、所述导通模块、所述第二检测模块、所述关断模块、所述第三检测模块和所述确定模块执行故障检测步骤N3次，其中所述确定模块确定所述变频器制动电路出现故障的次数为N4，其中0≤N4≤N3；

判断模块，用于判断所述N4/N3的数值是否满足第三预设条件；在判断结果为是时，确定所述变频器制动电路出现故障。

所述第三预设条件包括：N5<N4/N3≤1，其中0<N5<1。

所述控制器还包括：第二断开模块，用于在所述判断模块确定所述变频器制动电路出现故障之后，断开所述变频器的交流电输入。

本发明提供的方案中，通过控制器测量变频器的直流母线电压，并控制制动管的导通与关断；通过计算制动管导通和关断后变频器直流母线电压的变化幅度，来判断制动电路是否出现故障。优选地，并且通过多次采样检测，计算故障出现的比例，来避免误判。在判定制动电路出现故障后，能够自动切断交流电源输入，从而避免对变频器系统造成损坏或出现安全事故。本方案能够全面地检测判别制动电路的故障，弥补了现有技术检测对象不全的缺陷。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发 明的不当限定。在附图中：

图1为传统的包含制动电路的变频器电路图；

图2为本发明提供的包含控制器的变频器电路图；

图3为本发明提供的包含故障处理电路的变频器电路图；

图4为本发明提供的变频器制动电路的故障处理方法进行故障检测的流程图；

图5为本发明提供的变频器制动电路的故障处理装置的结构框图。

具体实施方式

下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例一

本发明提供了一种变频器制动电路故障的处理电路，图2为包含控制器的变频器电路图，图3为包含故障处理电路的变频器电路图。

如图2所示，对于通用变频器电路，六个二极管D1至D6分为三组，每组中的两个二极管串联，三组串联的二极管分别接入三相交流电输入端R、S和T，并且将三组串联的二极管并联起来，组成整流桥电路。将第一电容C1与第二电容C2串联，并与上述整流桥电路并联，构成变频器的整流部分。三相交流电输入经过上述整流部分的整流后，转化为直流电。制动电阻R1与二极管D7并联后，连接到IGBT制动管Q7的集电极，组成变频器制动电路。上述制动电路并联接入变频器的直流母线之间。六个IGBT管Q1至Q6两两连接组成变频器逆变电路，并连接出三相交流电输出端U、V和W，用于驱动变频器后端的电机。

本发明提供的变频器制动电路故障的处理电路包括控制器，其中，上述控制器包括电压检测端和控制引脚，上述电压检测端分别与制动电路的直流母线连接，上述控制引脚与制动电路中的制动管的门极连接。

上述电压检测端V+与V-分别连接制动电路的两条直流母线，用于检测直流母线电压。上述控制引脚与IGBT制动管Q7的门极相连接，用于控制器发送高低电平信号以控制Q7的导通与关断。

如图3所示，制动电路故障的处理电路还包括控制电源、接触器、继电器K4、第一开关K3和第二开关K2。上述控制电源为上述接触器供电。上述接触器包括三个主触头K1M，辅助触头K1NO和励磁线圈K1；上述三个主触头K1M分别连接于变频器的交流电的三个电流相R、S和T上，以控制三个电流相的导通与关断；励磁线圈K1的一端与上述控制电源的火线端VC supply L连接，另一端与上述辅助触头K1NO的一端连接，辅助触头K1NO的另一端与上述第一开关K3的一端连接，第一开关K3的另一端与上述继电器K4的一端连接，而继电器K4的另一端与上述控制电源的零线端VC supply N连接；上述第二开关K2并联在辅助触头K1NO的两端。其中继电器K4的常态为闭合状态，并由上述控制器控制继电器的导通与关断。

优选地，继电器K4集成在上述控制器内部，继电器K4的两个电连接端可以用控制器两个引脚的方式实现。

在上述接触器中，三个主触头K1M与辅助触头K1NO是通过机械方式实现联动的，即，当上述励磁线圈K1通电，三个主触头K1M吸合导通，而辅助触头K1NO随之吸合导通；而当励磁线圈K1断电，三个主触头K1M断开，辅助触头K1NO随之断开。

电路中加入第一开关K3和第二开关K2是为便于变频器系统的上电与断电操作，其中第一开关K3是常态为闭合的开关，第二开关K2是常态为断开的开关。在具体实现方式上，上述第一开关K3对应变频器断电按钮，第二开关K2对应变频器上电按钮。当变频器处于未通电的状态时，励磁线圈K1中无电流流过，三个主触头K1M与辅助触头K1NO均处于断开状态，第一开关K3处于闭合状态，第二开关K2处于断开状态。此时操作者按下上电按钮，即，将第二开关K2闭合，上述控制电源的火线VC supply L与VC supply N之间接通导电，励磁线圈K1通电，则三个主触头K1M与辅助触头K1NO吸合；此时即使操作者停止按压上电按钮，第二开关K2恢复断开状态，由于辅助触头K1NO的自锁作用，电路仍保持接通，变频器系统通电工作。当需要将变频器系统断电时，操作者按下断电按钮，即，将第一开关K3断开，上述控制电源的火线VC supply L与VC supply N之间被关断，励磁线圈K1断电，三个主触头K1M与辅助触头K1NO均断开；此时即使操作者停止按压断电按钮，第一开关K3恢复闭合状态，由于辅助触头K1NO的自锁作用，电路仍保持关断，变频器系统停止工作。

以下结合上述的变频器制动电路故障的处理电路及附图4来说明本发明提供的制动电路的故障处理方法。

如图4所示，制动电路的故障处理方法包括以下步骤：

第一检测步骤S401：在变频器有交流电输入但未驱动电机的状态下，在第一时刻，控制器检测所述制动电路的直流母线之间的第一电压V1。

导通步骤S402：上述控制器控制导通制动电路中的制动管。

第二检测步骤S403：在第二时刻，上述控制器检测制动电路的直流母线之间的第二电压V2，其中，第二时刻与上述第一时刻之间相差第一预设时长。

关断步骤S404：上述控制器控制关断制动电路中的上述制动管。

第三检测步骤S405：在第三时刻，上述控制器检测制动电路的直流母线之间的第三电压V3，其中，第三时刻与上述第二时刻之间相差第二预设时长。

确定步骤S406：当|V1-V3|/V3的数值满足第一预设条件，且|V2-V3|/V3的数值满足第二预设条件时，确定上述制动电路出现故障。

其中，第一预设条件为：0≤|V1-V3|/V3<N1，N1≤1；第二预设条件为：0≤|V2-V3|/V3<N2，N2≤1。

在第二检测步骤S403中，如果制动电路中的制动电阻R1或制动管Q7出现开路故障，则Q7的导通也没有使直流母线间形成通路，不会出现压降，此时V2应当与V1相等。而制动电路中如果出现IGBT制动管Q7短路的故障，则无论Q7导通与否，直流母线间一直通过制动电路形成通路，所以无论Q7导通或是关断，直流母线电压均会保持稳定，也不会出现压降，即，V2仍与V1相等。所以，制动电路中的元件制动电阻R1和制动管Q7均未出现故障时，当Q7导通，直流母线间通过制动电阻R1和IGBT制动管Q7形成通路，电流流过R1和Q7产生压降，即V2的值小于V1的值。

在第三检测步骤S405中，制动管Q7关断后，直流母线间不再形成通路，则Q7导通形成的压降消失，V3的值应与V1的值相等。

对于上述第一预设条件，计算|V1-V3|/V3的值是为了判断V3相对于V1的变化程度，从之前的描述可知，理论上或者理想状态下，应当满足V1＝V3；所以当|V1-V3|/V3的值小于某一阈值N1时，说明在本次检测过 程中，变频器系统的供电电源波动不大，不会对故障检测造成影响；而当|V1-V3|/V3的值大于该阈值N1时，认为本次检测过程中，变频器系统的供电电源发生波动而且波动过大，影响了故障检测的结果判断，此时应当认为本次检测无效并且不将本次检测记录为一次有效检测。

而对于上述第二预设条件，计算|V2-V3|/V3的值是为了判断V2相对于V3的变化程度，从之前的描述可知，当制动电路的元件没有发生故障时，由于产生压降，应当满足V2＜V3；所以当|V2-V3|/V3的值小于某一阈值N2时，认为在制动管Q7导通前后，直流母线电压没有发生明显的变化，说明制动电路中存在故障，需要对制动电阻R1和制动管Q7进行逐一排查，以确定故障点；而当|V2-V3|/V3的值大于该阈值N2时，认为V2相对于V3产生了明显的变化，说明制动电路元件正常作用，制动电路中不存在故障。

上述阈值N1与N2可以根据变频器系统的工况及参数自由确定，优选地，N1＝N2＝1％。同时，上述的第一预设时长和第二预设时长也可以根据变频器系统的工况及运转时间间隔自由确定，优选地，第一预设时长为50毫秒，第二预设时长为50毫秒。

为保证检测结果的准确性，避免受到现场环境的影响导致故障误判，检测步骤中还包括以下步骤：

控制步骤：控制重复执行上述第一检测步骤至确定步骤N3次，出现故障的次数为N4，其中N4≤N3。

判断步骤：判断上述N4/N3的数值是否满足第三预设条件，如果判断结果为是，确定制动电路出现故障。

其中第三预设条件为：0<N5<N4/N3≤1。

断开步骤：当确定制动电路出现故障，断开变频器的交流电输入。

可选地，可以在上述控制器中引入计数器来分别记录执行检测的次数和确定出现故障的次数。例如，使用计数器CT1记录执行检测的次数，使用CT2记录确定出现故障的次数。当不满足第一预设条件或第二预设条件时，即，0<N1≤|V1-V3|/V3或0<N2≤|V2-V3|/V3，此时计数器CT1记录的数值加1，而CT2记录的数值不增加；当第一和第二预设条件均满足时，即，0≤|V1-V3|/V3<N1且0≤|V2-V3|/V3<N2，此时计数器CT1和CT2记录的数值均加1。如此重复进行检测若干次后，计数器CT1得到检测次数N3，及计数器CT2得到出现故障次数N4，其中N3与N4必然 满足N4≤N3。计算N4/N3的值，当该比值高于某一阈值N5时，即满足第三预设条件0<N5<N4/N3≤1时，则认为在多次的检测过程中，故障出现的次数已达到较高的比例，可以确定制动电路中出现了故障，排除误判的可能。

上述阈值N5也可以根据变频器系统的工况及参数自由确定，优选地，N5＝90％。

在确定制动电路出现故障之后，由上述控制器控制上述继电器K4断开。由之前的描述可知，当继电器K4断开，上述接触器的供电线路被切断，则上述励磁线圈K1断电，从而上述主触头K1M和辅助触头K1NO均断开接触，实现了切断变频器系统的交流电输入，从而避免变频器系统损坏。

以上各检测步骤需在变频器有交流电输入但未驱动电机的状态下进行，因为在变频器带载电机的状态下进行检测，会使制动电路也成为上述整流部分的负载，即，整流部分需要带动制动电路、逆变部分和电机三部分负载，会超过整流部分的带载能力，从而可能会损坏整流部分。

同理，如果在故障检测过程中，变频器收到驱动电机的指令，则控制器立即终止故障检测并关断上述IGBT制动管Q7，否则也会因使整流部分带载过重而损坏整流部分。

实施例二

本发明还提供了一种变频器制动电路的故障处理装置，图5为变频器制动电路的故障处理装置的结构框图。以下结合图5对上述故障处理装置的故障检测及处理的过程进行说明。

如图5所示，上述变频器制动电路的故障处理装置包括：

控制器M500；上述控制器M500包括：

第一检测模块M501：用于在变频器有交流电输入但未驱动电机的状态下，在第一时刻检测制动电路的直流母线之间的第一电压V1。

导通模块M502：用于导通制动电路中的制动管。

第二检测模块M503：用于在第二时刻，检测制动电路的直流母线之间的第二电压V2，其中，第二时刻与上述第一时刻之间相差第一预设时长。

关断模块M504：用于关断制动电路中的上述制动管。

第三检测模块M505：用于在第三时刻，检测制动电路的直流母线之间的第三电压V3，其中，第三时刻与上述第二时刻之间相差第二预设时长。

确定模块M506：用于当|V1-V3|/V3的数值满足第一预设条件，且|V2-V3|/V3的数值满足第二预设条件时，确定制动电路出现故障。

其中，第一预设条件为：0≤|V1-V3|/V3<N1，N1≤1；第二预设条件为：0≤|V2-V3|/V3<N2，N2≤1。

使用第二检测模块M503测量第二电压V2是因为，如果制动电路中的制动电阻或IGBT制动管出现开路故障，或IGBT制动管出现短路故障，则V2与V1相等，IGBT制动管导通与否不会使直流母线电压发生变化。而制动电路中的元件均未出现故障时，由于导通IGBT制动管会产生压降，则V2的值小于V1的值。

使用第三检测模块M505测量第三电压V3是因为，IGBT制动管关断后，由上述制动管导通形成的压降消失，V3的值应与V1的值相等。

对于上述第一预设条件，计算|V1-V3|/V3的值是为了判断V3相对于V1的变化程度，从之前的描述可知，理论上或者理想状态下，应当满足V1＝V3；所以当|V1-V3|/V3的值小于某一阈值N1时，说明在本次检测过程中，变频器系统的供电电源波动不大，不会对故障检测造成影响；而当|V1-V3|/V3的值大于该阈值N1时，认为本次检测过程中，变频器系统的供电电源发生波动而且波动过大，影响了故障检测的结果判断，此时应当认为本次检测无效并且不将本次检测记录为一次有效检测。

而对于上述第二预设条件，计算|V2-V3|/V3的值是为了判断V2相对于V3的变化程度，从之前的描述可知，当制动电路的元件没有发生故障时，由于产生压降，应当满足V2＜V3；所以当|V2-V3|/V3的值小于某一阈值N2时，认为在IGBT制动管导通前后，直流母线电压没有发生明显的变化，说明制动电路中存在故障；而当|V2-V3|/V3的值大于该阈值N2时，认为V2相对于V3产生了明显的变化，说明制动电路元件正常作用，制动电路中不存在故障。

上述阈值N1与N2可以根据变频器系统的工况及参数自由确定，优选地，N1＝N2＝1％。同时，上述的第一预设时长和第二预设时长也可以根据变频器系统的工况及运转时间间隔自由确定，优选地，第一预设时长为 50毫秒，第二预设时长为50毫秒。

为保证检测结果的准确性，避免受到现场环境的影响导致故障误判，上述控制器中还包括以下模块：

控制模块：用于控制上述第一检测模块、上述导通模块、上述第二检测模块、上述关断模块、上述第三检测模块和上述确定模块执行故障检测步骤N3次，出现故障的次数为N4，其中N4≤N3。

判断模块：用于判断上述N4/N3的数值是否满足第三预设条件，在判断结果为是时，确定制动电路出现故障。

其中第三预设条件为：0<N5<N4/N3≤1。

断开模块：当确定制动电路出现故障，断开变频器的交流电输入。

可选地，可以在上述控制器中加入计数器模块来分别记录执行检测的次数和确定出现故障的次数。例如，使用计数器模块CT1记录执行检测的次数，使用CT2记录确定出现故障的次数。当不满足第一预设条件或第二预设条件时，即，0<N1≤|V1-V3|/V3或0<N2≤|V2-V3|/V3，此时计数器模块CT1记录的数值加1，而CT2记录的数值不增加；当第一和第二预设条件均满足时，即，0≤|V1-V3|/V3<N1且0≤|V2-V3|/V3<N2，此时计数器模块CT1和CT2记录的数值均加1。如此重复进行检测若干次后，计数器模块CT1得到检测次数N3，及计数器模块CT2得到出现故障次数N4，其中N3与N4必然满足N4≤N3。计算N4/N3的值，当该比值高于某一阈值N5时，即满足第三预设条件0<N5<N4/N3≤1时，则认为在多次的检测过程中，故障出现的次数已达到较高的比例，可以确定制动电路中出现了故障，排除误判的可能。

上述阈值N5也可以根据变频器系统的工况及参数自由确定，优选地，N5＝90％。

在确定制动电路出现故障之后，由上述控制器控制切断变频器系统的交流电输入，从而避免变频器系统损坏。

本发明中的控制器、电阻、二极管、IGBT管、接触器、继电器、开关及电容可以采用相关技术中的电子元件，其均没有型号或种类的限制，用户可根据具体的应用环境选择相应型号或种类的电子元件。需要说明的是，任何对本发明中技术方案的简单置换或等同代替仍然属于本发明的保护范围内。

本发明提供的变频器制动电路故障的处理电路、处理方法和处理装置通过控制制动管的导通与关断，并检测直流母线电压的变化程度，实现了对变频器制动电路的故障的全面检测，改进了现有技术中仅能针对制动电路中某一个元件进行故障检测，检测及监控不全面，无法检测其它元件故障并作出应对的缺陷。从而能够更有效的保护变频器系统，避免发生安全事故和财产损失。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。需要说明的是，这些技术效果并不是上述所有的实施方式所具有的，有些技术效果是某些优选实施方式才能取得的。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。