具有预充电电路的系统的安全控制方法、设备及其系统与流程

本发明涉及自动化控制技术领域，具体涉及一种具有预充电电路的系统的安全控制方法、设备及其系统。

背景技术：

大功率变频器预充电电路通过接触器(或继电器)并联预充电电阻实现。

预充电电路在上电开始时，接触器(或继电器)处于断开状态，电容通过预充电电阻充电储能，充电完成后接触器(或继电器)导通，整流电路输出经过接触器(或继电器)的接触系统直接给逆变器供电。

若充电完成后，接触器或继电器没有闭合，预充电电阻仍串联于主回路上，预充电电阻两端的电压升高，导致预充电电阻内部长时间流过大电流，导致其发热，甚至引燃周围的可燃物。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种保护更全面、可及时发现系统故障并发出过流报警信号的具有预充电电路的系统的安全控制方法，一种结构简单、成本低的具有预充电电路的系统的安全控制设备及其系统。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种具有预充电电路的系统的安全控制方法，其包括：系统完成充电后，获取预充电电路两端的电压u，比较预充电电路两端的电压u与预充电电路两端的电压设定值umax，电压设定值umax＝rmax×imax，rmax为预充电电路的接触器或继电器的接触电阻值，imax为额定负载运行时流经预充电电路的电流值，当u＜m*umax时，系统正常，当u≥m*umax时，发出过流报警信号，m大于0。

优选的，当m*umax≤u≤n*umax时，发出过流报警信号并在时间t之内停机，t为停机保护等待时间；当u＞n*umax时，发出过流报警信号并立即停机；其中，m，n为大于0的任意数，且m＜n。

优选的，所述m＝0.9-1之间的任意值，n＝1.1-1.5之间任意值。

优选的，所述停机保护等待时间t≤1min，时间t与负载电流的平方成反时限特性。

优选的，所述电压u为多个预充电电路两端电压的电压测量值的平均值。

优选的，所述电压u采用平均值算法，即在时间t内，连续测量n次，去除最大电压测量值和最小电压测量值，然后求取平均值。

优选的，所述时间t为10ms，n＝5。

一种具有预充电电路的系统的安全控制设备，其采用所述的具有预充电电路的系统的安全控制方法进行控制，其包括用于采集预充电电路两端的电压的电压检测电路，与电压检测电路相连的信号处理电路，以及与信号处理电路相连的用于计算预充电电路两端的电压平均值、比较电压u和电压设定值umax的处理器mcu。

优选的，所述安全控制设备为变频器，还包括包括电源电路、与电源电路相连的整流电路1、串联在整流电路1的两个输出端之间的预充电电路2和滤波电路3，以及与滤波电路3并联的逆变电路4，逆变电路4的输出端与负载相连。

一种具有预充电电路的系统，其包括所述的具有预充电电路的系统的安全控制设备。

本发明的具有预充电电路的系统的安全控制方法，通过比较预充电电路两端的电压u和预充电电路两端电压的设定值umax，可以在预充电电路的接触器或继电器未闭合时为系统提供保护，还可以在预充电电路的接触器或继电器的触点出现老化时为系统提供保护，还可以在系统负载异常导致持续过流并超过规定时间时为系统提供保护，使系统受到更加全面的保护，避免预充电电路的电阻过热的情况发生；而且该方法简单，检测、运行效率高，有利于及时发现具有预充电电路的系统的异常情况。此外，所述控制方法依据预充电电路两端的电压u和预充电电路两端电压的设定值umax的倍数关系的不同，做出不同的保护措施，使具有预充电电路的系统受到的保护更加合理和完善。本发明的具有预充电电路的系统的安全控制设备以及其系统成本低，保护效果更加全面，可及时检测到系统的异常情况并作出对应保护措施。

附图说明

图1是本发明大功率变频器的电路示意图；

图2是本发明具有预充电电路的系统的安全控制方法的步骤流程图；

图3是本发明的负载电流的平方与停机保护等待时间t之间的i2/t反时限曲线。

具体实施方式

以下内容进一步说明本发明的具有预充电电路的系统的安全控制方法的具体实施方式。本发明的具有预充电电路的系统的安全控制方法不限于以下实施例的描述。

本发明的具有预充电电路的系统的安全控制方法，系统完成充电后，获取预充电电路两端的电压u，比较预充电电路两端的电压u与预充电电路两端的电压设定值umax，电压设定值umax＝rmax×imax，其中，rmax为预充电电路的接触器或继电器的接触电阻值，imax为额定负载运行时流经预充电电路的电流值，当u＜m*umax时，系统正常，当u≥m*umax时，发出过流报警信号。

系统充电完成后，若接触器(或继电器)没有闭合、或者接触器(或继电器)触点系统出现异常，均导致其接触电阻升高，触点压降增大，导致预充电电路两端的电压升高；若负载过载引起系统过流时，同样导致预充电电路两端的电压升高。本发明的具有预充电电路的系统的安全控制方法，通过比较预充电电路两端的电压u和预充电电路两端的电压设定值umax，可以在预充电电路的接触器(或继电器)未闭合时为系统提供保护，还可以在预充电电路的接触器(或继电器)的触点出现老化时为系统提供保护，还可以在系统负载异常导致持续过流并超过规定时间时为系统提供保护，使系统受到更加全面的保护，避免预充电电路的预充电电阻过热的情况发生。

本发明的具有预充电电路的系统的安全控制方法，其包括以下步骤：

(1)计算预充电电路两端的电压设定值umax，umax按下述公式计算：

电压设定值umax＝rmax×imax

其中，rmax为预充电电路的接触器或继电器接触电阻值，imax为额定负载运行时流经预充电电路的电流值；

(2)系统开始供电，此时预充电电路2的接触器(或继电器)断开，开始充电；

(3)系统完成充电后，在时间t之内测量预充电电路两端的电压得到n个电压测量值，去除n个测量值的最小值和最大值，然后求取平均值，得到预充电电路两端的电压u。

(4)比较预充电电路两端的电压u与电压设定值umax，有以下三种情况：

(41)当u＜m*umax时，变频器工作正常；

(42)m*umax＜u≤n*umax时，发出过流报警信号，并在发出过流报警信号后，在时间t之内发出负载停机信号，t是停机保护等待时间，且停机保护等待时间t与负载电流的平方值成反时限特性，此时为轻度过流情况，如果持续保持这种过流状态可能对系统造成损坏；

(43)u＞n*umax时，发出过流报警信号，并立即发出负载停机信号，此时为严重过流情况，引发原因是继电器不闭合，和/或严重的负载过载，和/或者储能电路等其他电路异常。

需要指出的是，判断系统充电是否完成的方法如下：检测电容两端的电压，当电容两端电压达到电容电压额定值的90％-95％后，则认为系统充电完成。例如，系统为380v系统，则电容电压额定值为380*1.35＝513v。

需要指出的是，所述m，n为大于0的任意数，m＜n，m、n的取值与额定电流和负载电流相关，如图3所示。

优选的，所述时间t为10ms，n＝5。需要指出的，t、n的取值与系统的额定功率、预充电电路的预充电电阻相关。

优选的，所述m＝0.9-1之间的任意值，优选0.95，n＝1.1-1.5之间的任意值。

优选的，所述停机保护等待时间t≤1min，且停机保护等待时间t与负载电流的平方值成反时限特性，即，负载电流的平方值越大，停机保护等待时间t的值越小。

本发明的具有预充电电路的系统的安全控制设备，采用所述具有预充电电路的系统的安全控制方法进行控制，其包括用于采集预充电电路两端的电压的电压检测电路，电压检测电路连接到预充电电路的两端，与电压检测电路相连的信号处理电路，以及与信号处理电路相连的用于计算预充电电路两端的电压平均值、比较电压u和设定值umax的处理器mcu。

本发明的具有预充电电路的系统的安全控制设备，优选为大功率变频器。

如图1所示，所述大功率变频器包括电压检测电路、信号处理电路和处理器mcu，还包括电源电路、与电源电路相连的整流电路1、串联在整流电路1的两个输出端之间的预充电电路2和滤波电路3，以及与滤波电路3并联的逆变电路4，逆变电路4的输出端与负载相连，电压检测电路连接到预充电电路的预充电电阻的两端。

所述电源电路为三相电源电路，整流电路1为三相全波整流桥，三相电源电路的r相输出端、s相输出端和t相输出端分别与三相全波整流桥相连，预充电电路2包括预充电电阻r以及与预充电电阻r并联的继电器j，滤波电路3包括串接的两个电容c，预充电电阻r和两个电容c依次串联并串接在整流电路1的两个输出端之间，逆变电路4包括二极管t1、二极管t2、二极管t3、二极管t4、二极管t5和二极管t6，二极管t1和二极管t2串联，二极管t3和二极管t4串联，二极管t5和二极管t6串联，二极管t1和二极管t2的串联电路、二极管t3和二极管t4的串联电路、二极管t5和二极管t6的串联电路依次并联在滤波电路3的两个输出端之间，二极管t1和二极管t2的中间节点与逆变电路4的输出端u相连，二极管t3和二极管t4的中间节点与逆变电路4的输出端v相连，二极管t5和二极管t6的中间节点与逆变电路4的输出端w相连，输出端u、输出端v和输出端w分别与负载相连。

所述具有电压检测电路、信号处理电路和处理器mcu均为大功率变频器的现有结构，大功率变频器采用所述具有预充电电路的系统的安全控制方法进行控制时，只需将预充电电路两端与变频器的电压检测电路相连，并将测得的预充电电路两端的电压测量值经信号处理电路处理后传输给变频器的微处理器mcu，与电压设定值umax进行比较，微处理器mcu即可根据比较结果发出相应的信号，无需改变变频器的结构，也无需增加新的硬件设备，成本低，且可以及检测变频的异常状况。

如图1所示，所述大功率变频器的工作过程如下：

所述大功率变频器的继电器j的接触电阻为rmax，预充电电路额定负载运行时流经预充电电路的电流值为imax，电压设定值umax＝rmax×imax；

(a)所述大功率变频器的电源电路通过r相输出端、s相输出端和t相输出端为整流电路1供电，整流电路1通过预充电电阻r为逆变电路4供电；

(b)同时，所述整流电路1通过其输出端经由预充电电阻r为电容c充能，此时继电器j处于断开状态；

(c)当检测到电容c完成充电时，大功率变频器控制继电器j闭合将预充电电阻r旁路，整流电路1直接为逆变电路4供电；

(d)此时，所述电压检测电路测量预充电电路两端的电压，并将信号传输给信号处理电路，信号处理电路将处理后的信号传输给微处理器mcu，微处理器mcu将处理后的信号与电压设定值umax对比，并依据比较结果判断系统正常与否，如果不正常，则微处理器mcu控制大功率变频器发出过流报警信号，和/或控制负载停机。

如图2所示，为本发明的具有预充电电路的系统的安全控制方法的步骤流程，以大功率变频器为例。

电源电路供电，此时预充电电路1的继电器j处于断开状态，开始充电，在滤波电路2的电容c完成储能后，检测预充电电路两端的电压u，比较电压u和预充电电路两端的电压设定值umax，若u＜0.95*umax，结束充电；若0.95*umax≤u≤1.5umax，表明负载轻度过载或继电器触点出现早起老化，则发出过流报警信号，并启动反时限计时，时间到后停机，并结束充电；若u＞1.5umax，表明继电器不能闭合，和/或负载严重过载，和/或储能电路等其他电路异常，则立即发出过流报警信号和负载停机信号，并结束充电。

如图3所示，为i²/t反时限曲线，表明负载电流过流百分比与停机保护等待时间t的关系，一般m取值为0.95，负载电流持续超过其额定电流但未超过瞬动的过流点(即n值)，一般将停机保护等待时间定义为1min，对于恒矩变频器来说，n一般取值为1.5，即过载150％，对于变转矩变频器，n一般取值1.1-1.2，即过载110％-120％。

本发明的具有预充电电路的系统，包括所述具有预充电电路系统的安全控制设备。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。