变频器充电电路的保护方法及装置与流程

本公开涉及电学技术领域，尤其涉及一种变频器充电电路的保护方法及装置。

背景技术：

变频器是一种将恒压恒频的交流电转换成变压变频的交流电的装置，用以满足交流电动机变频调速的需要。

变频器主电路是提供调压调频电源的电力变换部分，其基本结构如图1所示，包括：整流电路10、充电电路20、制动电路30和逆变电路40；其中，所述充电电路20包括充电电阻21和储能电容22，以及并联于充电电阻21的继电器23。该变频器的工作原理如下：整流电路10将接收到的交流电转换为直流电，经过充电电阻21给储能电容22充电，当充电达到一定程度后闭合继电器23以使充电电阻21短路，从而维持变频器的正常运行。这样一来，在变频器上电瞬间，利用充电电阻即可限制充电电流，使储能电容两端的电压缓慢增加，以实现对整流桥的保护。基于上述结构，当变频器处于运行状态时，如果充电电路中的继电器23触点断开，直流电流便会流过充电电阻21导致充电电阻21发热，长时间运行易使变频器的外壳烧损。

需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

技术实现要素：

本公开的目的在于提供一种变频器充电电路的保护方法及装置，进而至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的一个或者多个问题。

本公开的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本公开的实践而习得。

根据本公开的一个方面，提供一种变频器充电电路的保护方法，用于对变频器充电电路进行保护；所述变频器充电电路包括串联在直流母线上的充电电阻以及与所述充电电阻并联的继电器；所述的保护方法包括：

在所述变频器充电电路上电后，对直流母线电压进行采样；

根据所述直流母线电压的采样值实时获取所述直流母线电压的变化率；

判断所述直流母线电压的变化率是否满足第一预设条件，并在所述直流母线电压的变化率满足所述第一预设条件时，记录所述直流母线电压的变化率满足所述第一预设条件时的电压值为参考电压值；

获取当前电压值；

判断所述当前电压值与所述参考电压值之间的电压差值是否满足第二预设条件，并在所述当前电压值与所述参考电压值之间的电压差值满足所述第二预设条件时，判定所述继电器为非正常连接状态；

响应所述非正常连接状态切断变频器的输出。

本公开的一种示例性实施例中，所述第二预设条件为：所述当前电压值与所述参考电压值之间的电压差值大于基准电压差值。

本公开的一种示例性实施例中，所述第二预设条件为：所述当前电压值与所述参考电压值之间的电压差值大于所述基准电压差值的持续时间超过预设时间。

本公开的一种示例性实施例中，所述的保护方法还包括：

在判定所述继电器为非正常连接状态之后，响应所述非正常连接状态发出警报提示故障。

本公开的一种示例性实施例中，所述对上电后的直流母线电压进行采样包括：

利用分压电阻、或者电压互感器、或者隔离光耦对所述直流母线电压进行测量。

根据本公开的另一个方面，提供一种变频器充电电路的保护装置，用于对变频器充电电路进行保护；所述变频器充电电路包括串联在直流母线上的充电电阻以及与所述充电电阻并联的继电器；所述保护装置包括：

采样模块，用于在所述变频器充电电路上电后，对直流母线电压进行采样；

第一检测模块，用于根据所述直流母线电压的采样值实时获取所述直流母线电压的变化率；

第一判定模块，用于判断所述直流母线电压的变化率是否满足第一预设条件，并在所述直流母线电压的变化率满足所述第一预设条件时，记录所述直流母线电压的变化率满足所述第一预设条件时的电压值为参考电压值；

第二检测模块，用于获取当前电压值

第二判定模块，用于判断所述当前电压值与所述参考电压值之间的电压差值是否满足第二预设条件，并在所述当前电压值与所述参考电压值之间的电压差值满足所述第二预设条件时，判定所述继电器为非正常连接状态；

控制模块，用于响应所述非正常连接状态切断变频器的输出。

本公开的一种示例性实施例中，所述第二预设条件为：所述当前电压值与所述参考电压值之间的电压差值大于基准电压差值。

本公开的一种示例性实施例中，所述第二预设条件为：所述当前电压值与所述参考电压值之间的电压差值大于所述基准电压差值的持续时间超过预设时间。

本公开的一种示例性实施例中，所述的保护装置还包括：

报警模块，用于在判定所述继电器为非正常连接状态之后，响应所述非正常连接状态发出警报提示故障。

本公开的一种示例性实施例中，所述采样模块包括：

分压电阻，用于利用所述分压电阻对所述直流母线电压进行测量；或者，

电压互感器，用于利用所述电压互感器对所述直流母线电压进行测量；或者，

隔离光耦，用于利用所述隔离光耦对所述直流母线电压进行测量。

本公开示例性实施方式所提供的变频器充电电路的保护方法及装置，通过检测直流母线电压的变化来判断继电器的连接状态，并在判定继电器非正常连接时切断变频器的输出，以达到保护变频器充电电路的目的。一方面，根据电压变化差值来判断继电器的连接状态，可以尽量的减小因信号干扰导致的测量误差对该判断结果产生的影响；另一方面，在继电器非正常连接时自动切断变频器的输出，可以有效的避免因直流电流流过充电电阻而导致的电阻发热现象，防止变频器的外壳烧损，从而智能化的解决了变频器充电电路的保护问题。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示意性示出现有技术中的变频器主电路的结构示意图；

图2示意性示出本公开示例性实施例中的变频器充电电路的保护方法示意图；

图3示意性示出本公开示例性实施例中的直流母线电压的采样曲线；

图4示意性示出本公开示例性实施例中继电器断开后滤波电容、输出电流、直流母线电流的变化曲线示意图；

图5示意性示出本公开示例性实施例中的变频器充电电路的保护装置示意图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本公开将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而省略所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知技术方案以避免喧宾夺主而使得本公开的各方面变得模糊。

此外，附图仅为本公开的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。附图中所示的一些方框图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。

本示例实施方式中提出了一种变频器充电电路的保护方法，用于对变频器充电电路进行保护。参考图1所示，所述变频器的电路结构可以包括：整流电路10、充电电路20、制动电路30和逆变电路40；所述充电电路20包括一串联在直流母线上的充电电阻21和一并联于所述充电电阻21的继电器23，以及储能电容22；其中，所述充电电阻21的输入端连接所述整流电路10的输出端，所述储能电容22的输出端连接所述制动电路30的输入端。

基于此，如图2所示，所述变频器充电电路的保护方法可以包括：

s1、在所述变频器充电电路上电后，对直流母线电压进行采样；

s2、根据所述直流母线电压的采样值实时获取所述直流母线电压的变化率；

s3、判断所述直流母线电压的变化率是否满足第一预设条件，并在所述直流母线电压的变化率满足所述第一预设条件时，记录所述直流母线电压的变化率满足所述第一预设条件时的电压值为参考电压值；

s4、获取当前电压值；

s5、判断所述当前电压值与所述参考电压值之间的电压差值是否满足第二预设条件，并在所述当前电压值与所述参考电压值之间的电压差值满足所述第二预设条件时，判定所述继电器为非正常连接状态；

s6、响应所述非正常连接状态切断变频器的输出。

本公开示例性实施方式所提供的变频器充电电路的保护方法，通过检测直流母线电压的变化来判断继电器的连接状态，并在判定继电器非正常连接时切断变频器的输出，以达到保护变频器充电电路的目的。一方面，根据电压变化差值来判断继电器的连接状态，可以尽量的减小因信号干扰导致的测量误差对该判断结果产生的影响；另一方面，在继电器非正常连接时自动切断变频器的输出，可以有效的避免因直流电流流过充电电阻而导致的电阻发热现象，防止变频器的外壳烧损，从而智能化的解决了变频器充电电路的保护问题。

下面将对本示例实施方式中变频器充电电路的保护方法的各个步骤进行详细的说明。

在步骤s1中，在所述变频器充电电路上电后，对直流母线电压进行采样。

其中，所述直流母线电压是一个连续变化的波形，对所述直流母线电压进行采样，即可得到基于某一采样频率的多个采样值，根据该多个采样值即可绘制出一连续变化的采样曲线，该采样曲线反映了所述直流母线电压的变化规律。

在本示例实施方式中，所述上电是指变频器的充电过程，具体是指对变频器充电电路中的储能电容22进行充电的过程；充电完成后，控制电路通过继电器23的触点将充电电阻21短路，以完成变频器的上电过程。

举例来说，当对变频器充电电路20上电时，整流电路10将接收到的交流电转换为直流电，经过充电电阻21给储能电容22充电，在充电达到一定程度后，控制电路将继电器23闭合以使充电电阻21短路，完成变频器的上电过程，此时开始对直流母线电压进行采样，得到图3所示的采样曲线。

在此基础上，所述对直流母线电压进行采样具体可以包括以下方法：

利用分压电阻对所述直流母线电压进行测量；即，在直流母线上并联一分压电阻网络实现对所述直流母线电压进行测量，并将分压得到的电压信号送至控制中心经过运算处理得到直流母线电压；

或者，利用电压互感器对所述直流母线电压进行测量；其原理是将直流母线电压作为输入，电压互感器的一副边电压与直流母线电压成对应比例；或者，

利用隔离光耦对所述直流母线电压进行测量；即。在直流母线上设置一线性隔离光耦，基于线性光耦器件的输入端和输出端通过光耦合来对所述直流母线电压进行测量。

本示例实施方式对于直流母线电压的采样方法不做具体限定，其还可以采用上述三种方法之外的其它方法进行采样测量。

在步骤s2中，根据所述直流母线电压的采样值实时获取所述直流母线电压的变化率。

在本示例实施方式中，所述直流母线电压的变化率是指单位时间内直流母线电压的变化值，该变化率能够反映出直流母线电压的变化程度(包括变化幅度和变化快慢)。

举例来说，当直流母线电压发生突变时，即图3中直流母线电压突然降低的瞬间，根据所述直流母线电压的采样值即可得到发生突变时刻的直流母线电压的变化率△v；假设第一预设条件为△v0>5v、直流母线电压的变化率△v＝5.2v，通过将该变化率△v与第一预设条件进行对比可知，该变化率△v是满足所述第一预设条件的，此时即可进行下一步骤，否则继续对直流母线电压进行采样并获取直流母线电压的变化率。

在步骤s3中，判断所述直流母线电压的变化率是否满足第一预设条件，并在所述直流母线电压的变化率满足所述第一预设条件时，记录所述直流母线电压的变化率满足所述第一预设条件时的电压值为参考电压值。

其中，所述第一预设条件是指直流母线电压的变化程度的门槛值；即，当直流母线电压的变化率达到该门槛值时，需要对该直流母线电压进行进一步检测，以获取相关的电压变化信息，否则不需要考虑该变化。

在本示例实施方式中，所述参考电压值为直流母线电压的变化率满足第一预设条件时的电压值，其在某一电压变化周期内为一特定值，但在变频器的整个工作过程中，该参考电压值是不断变化的。例如，直流母线电压发生了第一次突变，且第一次突变的变化率满足第一预设条件，此时需要记录相应的电压值作为参考电压值；但是，在后续步骤中还进一步设置有对变频器是否继续工作进行限制的条件，而这一次的电压变化如果不满足后续条件，变频器仍将正常工作，那么直流母线电压便还有可能发生第二次突变；倘若直流母线电压的第二次突变的变化率也满足第一预设条件，那么此时的参考电压值便不同于第一次的参考电压值。

需要注意的是：本步骤所记录的电压值是直流母线电压的变化率满足第一预设条件时的电压值，而非开始对直流母线电压进行采样时的电压值。

举例来说，参考图3所示，在t1时刻直流母线电压开始发生突变，且根据实时检测数据可知此刻直流母线电压的变化率满足第一预设条件，那么记录这一时刻的电压值v1作为参考电压值；假设t1时刻直流母线电压的变化率△v＝5.2v，满足第一预设条件△v0>5v，此时记录电压值v1＝6v作为参考电压值。

在步骤s4中，获取当前电压值。

在本示例实施方式中，所述当前电压值是指实时检测到的电压值。在所述直流母线电压的变化率满足第一预设条件时所记录的电压值作为参考电压值，在此之后直流母线电压可能一直处于变化状态，此时实时检测到的电压值即为当前电压值。

举例来说，参考图3所示，在记录v1作为参考电压值之后，实时获取当前电压值v2，那么当前电压值与参考电压值之间的电压差值即v2-v1；假设参考电压值v1＝6v，当前电压值v2＝0.9v，此时的电压差值v2-v1＝5.1v。

在步骤s5中，判断所述当前电压值与所述参考电压值之间的电压差值是否满足第二预设条件，并在所述当前电压值与所述参考电压值之间的电压差值满足所述第二预设条件时，判定所述继电器为非正常连接状态。

在本示例实施方式中，所述继电器为非正常连接状态即表示所述继电器的触点断开，当所述继电器的触点处于断开状态时，直流电流便会流过充点电阻，从而导致充电电阻发热，且持续时间过长还会进一步引起变频器的外壳烧损，为了防止这种现象发生，需要及时切断变频器的输出。

在此步骤中，所述第二预设条件可以设置为：所述当前电压值与所述参考电压值之间的电压差值大于基准电压差值。

即，所述第二预设条件是为当前电压值与参考电压值之间的电压差值所设置的门槛值，只有该电压差值在该门槛值以上时，才需对继电器的连接状态进行判定。

举例来说，在记录v1作为参考电压值之后，实时获取当前电压值v2，那么当前电压值与参考电压值之间的电压差值即v2-v1，此时将该电压差值v2-v1与基准电压差值进行对比；假设参考电压值v1＝6v，当前电压值v2＝0.9v，基准电压差值为5v，此时所述电压差值v2-v1＝5.1v大于基准电压差值5v，由此可知所述当前电压值与所述参考电压值之间的电压差值满足第二预设条件。

在此基础上，考虑到变频器的电路结构复杂多变，其中任何一个部件出现问题都有可能导致直流母线电压的变化，为了防止因非继电器断开引起的误判，所述第二预设条件还可以进一步设置为：所述当前电压值与所述参考电压值之间的电压差值大于所述基准电压差值的持续时间超过预设时间。

即，所述第二预设条件不仅为当前电压值与参考电压值之间的电压差值设定了基准电压差值作为第一门槛值，同时还为该电压差值大于基准电压差值的持续时间设定了预设时间作为第二门槛值，只有同时满足这两个条件，才需对继电器的连接状态进行判定，以确保不会因为非继电器断开的其他原因而引起误判。

举例来说，在记录v1作为参考电压值之后，实时获取当前电压值v2，那么当前电压值与参考电压值之间的电压差值即v2-v1，且该电压差值保持了一段时间△t；此时先将该电压差值v2-v1与基准电压差值进行对比，在该电压差值v2-v1大于基准电压差值的情况下，进一步将这一状态的持续时间与预设时间进行对比，倘若该持续时间也大于预设时间，那么所述当前电压值与所述参考电压值之间的电压差值满足第二预设条件，由此可以判定所述继电器为非正常连接状态；假设参考电压值v1＝6v，当前电压值v2＝0.9v，基准电压差值为5v，预设时间为30s，此时所述电压差值v2-v1＝5.1v大于基准电压差值5v且持续了1min，由此可知所述当前电压值与所述参考电压值之间的电压差值满足第二预设条件。

在步骤s6中，响应所述非正常连接状态切断变频器的输出。

其中，在判定所述继电器为非正常连接状态之后，可以先响应所述非正常连接状态发出警报以提示故障，再切断变频器的输出。

举例来说，当判定所述继电器为非正常连接状态时，说明继电器的触点已经断开，此时变频器可以发出警报以提示故障，其中的警报提示方式可以为灯光提示或者声音提示等；在此基础上，为了防止充电电阻过热，还应及时切断变频器的输出。

图4所示为继电器断开后滤波电容、输出电流以及直流母线电流的变化示意图。在继电器断开后，直流电流流过充电电阻，滤波电容的电压下降，直流母线电流和输出电流也同时下降。

本示例实施方式中提出了一种变频器充电电路的保护装置，用于对变频器充电电路进行保护。参考图1所示，所述变频器的电路结构可以包括：整流电路10、充电电路20、制动电路30和逆变电路40；所述充电电路20包括一串联在直流母线上的充电电阻21和一并联于所述充电电阻21的继电器23，以及储能电容22；其中，所述充电电阻21的输入端连接所述整流电路10的输出端，所述储能电容22的输出端连接所述制动电路30的输入端。

基于此，如图5所示，所述变频器充电电路的保护装置可以包括：

采样模块501，用于在所述变频器充电电路上电后，对直流母线电压进行采样；

第一检测模块502，用于根据所述直流母线电压的采样值实时获取所述直流母线电压的变化率；

第一判定模块503，用于判断所述直流母线电压的变化率是否满足第一预设条件，并在所述直流母线电压的变化率满足所述第一预设条件时，记录所述直流母线电压的变化率满足所述第一预设条件时的电压值为参考电压值；

第二检测模块504，用于获取当前电压值；

第二判定模块505，用于判断所述当前电压值与所述参考电压值之间的电压差值是否满足第二预设条件，并在所述当前电压值与所述参考电压值之间的电压差值满足所述第二预设条件时，判定所述继电器为非正常连接状态；

控制模块506，用于响应所述非正常连接状态切断变频器的输出。

本公开示例性实施方式所提供的变频器充电电路的保护装置，通过检测直流母线电压的变化来判断继电器的连接状态，并在判定继电器非正常连接时切断变频器的输出，以达到保护变频器充电电路的目的。

在本示例实施方式中，所述采样模块501可以包括：

分压电阻，用于利用所述分压电阻对所述直流母线电压进行测量；或者，

电压互感器，用于利用所述电压互感器对所述直流母线电压进行测量；或者，

隔离光耦，用于利用所述隔离光耦对所述直流母线电压进行测量。

需要说明的是：本示例实施方式对于直流母线电压的采样装置不做具体限定，其还可以采用其它装置对直流母线电压进行采样测量。

在本示例实施方式中，所述第二预设条件可以为：所述当前电压值与所述参考电压值之间的电压差值大于基准电压差值。即，所述第二预设条件是为当前电压值与参考电压值之间的电压差值所设置的门槛值。

在此基础上，考虑到变频器的电路结构复杂多变，其中任何一个部件出现问题都有可能导致直流母线电压的变化，为了防止因非继电器断开引起的误判，所述第二预设条件还可以进一步设置为：所述当前电压值与所述参考电压值之间的电压差值大于所述基准电压差值的持续时间超过预设时间。即，所述第二预设条件不仅为当前电压值与参考电压值之间的电压差值设定了基准电压差值作为第一门槛值，同时还为该电压差值大于基准电压差值的持续时间设定了预设时间作为第二门槛值。

在本示例实施方式中，所述的保护装置还可以包括：报警模块507，用于在判定所述继电器为非正常连接状态之后，响应所述非正常连接状态发出警报提示故障，此后再切断变频器的输出，这样一来便可及时向工作人员提示变频器的工作状态，以便于进行维护；其中，所述的警报提示方式可以为灯光提示或者声音提示等。

需要说明的是：所述变频器充电电路的保护装置中各模块单元的具体细节已经在对应的变频器充电电路的保护方法中进行了详细的描述，因此这里不再赘述。

应当注意，尽管在上文详细描述中提及了用于动作执行的设备的若干模块或者单元，但是这种划分并非强制性的。实际上，根据本公开的实施方式，上文描述的两个或更多模块或者单元的特征和功能可以在一个模块或者单元中具体化。反之，上文描述的一个模块或者单元的特征和功能可以进一步划分为由多个模块或者单元来具体化。

此外，尽管在附图中以特定顺序描述了本公开中方法的各个步骤，但是，这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些步骤，或是必须执行全部所示的步骤才能实现期望的结果。附加的或备选的，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，以及/或者将一个步骤分解为多个步骤执行等。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员易于理解，这里描述的示例实施方式可以通过软件实现，也可以通过软件结合必要的硬件的方式来实现。因此，根据本公开实施方式的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是cd-rom，u盘，移动硬盘等)中或网络上，包括若干指令以使得一台计算设备(可以是个人计算机、服务器、移动终端、或者网络设备等)执行根据本公开实施方式的方法。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由所附的权利要求指出。