一种变频器的保护装置、方法和磁悬浮机组与流程

1.本发明属于磁悬浮技术领域，具体涉及一种变频器的保护装置、方法和磁悬浮机组，尤其涉及一种磁悬浮机组变频器的母线电压过压检测保护的装置、方法和磁悬浮机组。


背景技术：

2.相关方案中使用的磁悬浮机组变频器母线电压过压检测的方法为程序检测，首先由程序使用芯片adc外设(即模拟数字转换器)读取母线电压，再通过比较在程序中设置的母线电压过压值判断母线电压是否过压。但是通过程序判断母线电压是否过压具有一定的延时性，而且依赖于adc采样的数据，受到外部电磁干扰容易触发误保护。
3.上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于，提供一种变频器的保护装置、方法和磁悬浮机组，以解决在磁悬浮机组变频器的母线电压的过压检测中，采用由程序使用芯片adc外设采样母线电压，并通过程序判断母线电压是否过压，判断母线电压过压时间过长，存在对磁悬浮机组变频器的母线电压的检测和保护不够及时的问题，达到通过使用硬件检测磁悬浮机组变频器的母线电压，利用dsp芯片判断该母线电压是否过压，能够及时对磁悬浮机组变频器的母线电压进行检测和保护的效果。
5.本发明提供一种变频器的保护装置，包括：采样单元、分级比较单元和控制单元；其中，所述采样单元，被配置为采样所述变频器的母线参数，并对所述母线参数进行处理，得到第一母线参数；所述分级比较单元，被配置为将所述第一母线参数，与预先设定的n个分级阈值进行比较，以在所述第一母线参数大于或等于相应等级的分级阈值的情况下，得到n个比较结果；所述n个比较结果的等级不同，不同等级的比较结果所述对应的保护方式不同；n为正整数；所述控制芯片，被配置为根据所述n个比较结果的等级，发出相应的保护信号，以触发与相应等级的比较结果对应的保护方式，实现对所述变频器的保护。
6.在一些实施方式中，所述母线参数，包括：母线电压、母线电流和母线温度中的至少之一。
7.在一些实施方式中，所述采样单元，包括：高阻分压模块；所述采样单元，采样所述变频器的母线参数，并对所述母线参数进行处理，包括：所述高阻分压模块，被配置为采样所述变频器的母线参数，并对所述母线参数进行分压处理，得到分压参数，以将所述分压参数作为所述第一母线参数。
8.在一些实施方式中，所述采样单元，还包括：差分处理模块；所述采样单元，采样所述变频器的母线参数，并对所述母线参数进行处理，还包括：对所述分压参数进行差分处理，得到差分参数，以将所述差分参数作为所述第一母线参数。
9.在一些实施方式中，所述采样单元，还包括：低通滤波模块；所述采样单元，采样所
述变频器的母线参数，并对所述母线参数进行处理，还包括：对所述差分参数进行低通滤波处理，得到滤波参数，以将所述滤波参数作为所述第一母线参数。
10.在一些实施方式中，所述分级比较单元，包括：第一级比较模块至第n级比较模块；所述第一级比较模块至所述第n级比较模块并行设置、且等级不同；所述第一级比较模块能够输出第一级比较结果；所述第n级比较模块能够输出第n级比较结果；所述第一级比较模块至所述第n级比较模块的结构相同。
11.在一些实施方式中，所述第一级比较模块，包括：第一级分压模块和第一级隔离模块；所述第一级分压模块，包括：第一分压电阻模块和第二分压电阻模块；其中，所述第一母线参数，经所述第一分压电阻模块后，输入至所述第一级隔离模块的二极管侧的阳极；所述第一级隔离模块的二极管侧的阴极经所述第二分压电阻模块后接地；直流电源，连接至所述第一级隔离模块的晶体管侧的集电极；所述第一级隔离模块的晶体管侧的发射极，能够输出所述第一级比较结果。
12.在一些实施方式中，所述第一级比较模块，还包括：第一级下拉模块；所述第一级隔离模块的晶体管侧的发射极，还经所述第一级下拉模块后接地。
13.与上述装置相匹配，本发明再一方面提供一种磁悬浮机组，包括：以上所述的变频器的保护装置。
14.与上述磁悬浮机组相匹配，本发明再一方面提供一种磁悬浮机组的变频器的保护方法，包括：采样所述变频器的母线参数，并对所述母线参数进行处理，得到第一母线参数；将所述第一母线参数，与预先设定的n个分级阈值进行比较，以在所述第一母线参数大于或等于相应等级的分级阈值的情况下，得到n个比较结果；所述n个比较结果的等级不同，不同等级的比较结果所述对应的保护方式不同；n为正整数；根据所述n个比较结果的等级，发出相应的保护信号，以触发与相应等级的比较结果对应的保护方式，实现对所述变频器的保护。
15.在一些实施方式中，在所述n个比较结果包括第一级比较结果、第二级比较结果、第三级比较结果和第四级比较结果的情况下，根据所述n个比较结果的等级，发出相应的保护信号，以触发与相应等级的比较结果对应的保护方式，包括：在第一设定保护时长内持续接收到所述第一级比较结果的情况下，在所述第一设定保护时长后触发预设的母线保护机制；在第二设定保护时长内持续接收到所述第二级比较结果的情况下，在所述第二设定保护时长后触发预设的母线保护机制；所述第二设定保护时长小于第一设定保护时长；在第三设定保护时长内持续接收到所述第三级比较结果的情况下，在第三设定保护时长后触发预设的母线保护机制；所述第三设定保护时长小于第二设定保护时长；在接收到所述第四级比较结果的情况下，立即触发预设的母线保护机制；其中，触发预设的母线保护机制，包括：控制所述变频器保护停机。
16.由此，本发明的方案，通过使用硬件分级比较母线电压是否过压，然后生成母线过压信号发送给dsp芯片，dsp芯片在接收到该母线过压信号后即可触发母线过压保护；从而，通过使用硬件检测磁悬浮机组变频器的母线电压，利用dsp芯片判断该母线电压是否过压，能够及时对磁悬浮机组变频器的母线电压进行检测和保护。
17.本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
18.下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
19.图1为本发明的变频器的保护装置的一实施例的结构示意图；
20.图2为变频器主控板的母线电压采样单元的一实施例的结构示意图；
21.图3为母线电压过压信号光耦隔离单元的一实施例的结构示意图；
22.图4为母线电压过压保护方法的一实施例的流程示意图；
23.图5为本发明的变频器的保护方法的一实施例的流程示意图。
具体实施方式
24.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例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。
25.根据本发明的实施例，提供了一种变频器的保护装置。参见图1所示本发明的装置的一实施例的结构示意图。该变频器的保护装置可以包括：采样单元、分级比较单元和控制单元。采样单元，如变频器主控板的母线电压采样单元。分级比较单元，如母线电压过压信号光耦隔离单元。控制单元，如dsp芯片。
26.其中，所述采样单元，被配置为采样所述变频器的母线参数，并对所述母线参数进行处理，得到第一母线参数。
27.在一些实施方式中，所述母线参数，包括：母线电压、母线电流和母线温度中的至少之一。
28.本发明的方案，除了能对母线电压过压信号进行处理外，还可以应用到电流过流、温度过温等信号处理上。其中，电流、温度等这些信号，可以是变频器上的任意相关信号，但主要是应用到强电部分，可以不是与母线相关。
29.在一些实施方式中，所述采样单元，包括：高阻分压模块，如高阻分压模块。
30.所述采样单元，采样所述变频器的母线参数，并对所述母线参数进行处理，包括：所述高阻分压模块，被配置为采样所述变频器的母线参数，并对所述母线参数进行分压处理，得到分压参数，以将所述分压参数作为所述第一母线参数。其中，在所述母线参数为母线电压的情况下，所述第一母线参数，为母线低压信号。
31.在本发明的方案中，采取了硬件直接检测母线电压过压信号的方式，解决了程序计算adc采样母线电压信号再判断母线电压是否过压而造成时间过长导致变频器保护不及时的问题，因此能够有效保护变频器内部元器件，防止变频器内部元器件因电压过高而导致的损坏。
32.在一些实施方式中，所述采样单元，还包括：差分处理模块，如差分运放模块。
33.所述采样单元，采样所述变频器的母线参数，并对所述母线参数进行处理，还包括：对所述分压参数进行差分处理，得到差分参数，以将所述差分参数作为所述第一母线参数。通过差分处理模块，能够防止电路共模干扰。
34.在一些实施方式中，所述采样单元，还包括：低通滤波模块，如低通滤波器。
35.所述采样单元，采样所述变频器的母线参数，并对所述母线参数进行处理，还包括：对所述差分参数进行低通滤波处理，得到滤波参数，以将所述滤波参数作为所述第一母线参数。
36.图2为变频器主控板的母线电压采样单元的一实施例的结构示意图。如图2所示，变频器主控板的母线电压采样单元中，包括：高阻分压模块、差分运放模块和低通滤波模块。
37.如图2所示的母线电压采样单元，实现了母线电压采样，并且通过高阻分压模块和差分运放模块把高压信号转化成低压信号，通过低通滤波能够减少变频器因外接干扰导致的母线电压过压保护，之后生成母线电压信号。
38.在图2所示的例子中，变频器主控板的母线电压采样单元进行母线电压信号采集时，通过高阻分压模块(如高阻分压电路)，将母线电压信号的大电压分压成采样电路能够采样的低电压(如低压信号)，并加入差分运放模块(如差分运放电路)防止电路共模干扰，得到的电压通过低通滤波模块(如低通滤波电路)，过滤掉高频信号，保证最后得到的母线低压信号的纯净度。
39.其中，高阻分压电路是通过引出一路高压信号再该信号上串联一个电阻(电阻具体值可以由计算得出)得到一个高压信号按比例缩小的低压信号值(该值需要经过差分运放电路)。电阻型号由实际使用时选择，无规定具体型号。
40.差分运放电路，即，使用一个差分运放模块，该电路使高阻分压的电压信号经过比例缩放得到一个较纯净的低压信号(减少了受到强电的干扰)，差分运放模块是由运算放大器所组成的电路，具体型号由实际使用时选型
41.低通滤波电路，是屏蔽掉高频信号，因为大功率变频器运行时电磁环境复杂，会产生高频的电磁信号，累加到采集的信号上会产生高频信号，需要加入低通滤波电路，屏蔽高频信号，只允许设定的低频信号通过。具体型号由实际使用时选型。
42.采用滤波电路滤掉母线电压的杂波，实现母线电压信号低通滤波，使得采集的母线电压更纯净，防止因外界干扰导致的误保护。
43.所述分级比较单元，被配置为将所述第一母线参数，与预先设定的n个分级阈值进行比较，以在所述第一母线参数大于或等于相应等级的分级阈值的情况下，得到n个比较结果。所述n个比较结果的等级不同，不同等级的比较结果所述对应的保护方式不同。n为正整数。
44.在一些实施方式中，所述分级比较单元，包括：第一级比较模块至第n级比较模块。所述第一级比较模块至所述第n级比较模块并行设置、且等级不同。所述第一级比较模块能够输出第一级比较结果，如第一级信号。所述第n级比较模块能够输出第n级比较结果，如第n级信号。
45.所述第一级比较模块至所述第n级比较模块的结构相同。
46.相关方案中，硬件结构是为了配合程序上adc采样而实现的硬件电压采样电路，不具备母线电压过压保护功能。而本发明的方案，实现的是一种磁悬浮机组变频器母线电压过压检测保护的方法及装置，具体是使用硬件电路判断母线电压是否过压，再把过压信号发送给dsp芯片。通过硬件检测母线电压过压信号能够让变频器更快的对母线电压过压更快的保护。并且，通过硬件母线电压过压实现分级保护，实现在一定时间内对某个电压值进
行冗余保护，即允许母线电压在某个电压值下存在一定时间，若超过该时间则进行保护，电压值越高允许存在的时间越短。
47.在一些实施方式中，所述第一级比较模块，包括：第一级分压模块和第一级隔离模块。所述第一级分压模块，包括：第一分压电阻模块和第二分压电阻模块。
48.其中，所述第一母线参数，经所述第一分压电阻模块后，输入至所述第一级隔离模块的二极管侧的阳极。所述第一级隔离模块的二极管侧的阴极经所述第二分压电阻模块后接地。
49.直流电源，连接至所述第一级隔离模块的晶体管侧的集电极。所述第一级隔离模块的晶体管侧的发射极，能够输出所述第一级比较结果。
50.在本发明的方案中，从硬件上实现母线电压过压的分级检测，先对母线电压信号实现硬件分级检测，通过分压电阻电路实现不同过压等级的采集，后通过光耦隔离电路实现过压信号的稳定性，总体上解决了相关方案中因程序计算而延迟了母线电压过压保护的问题，达到了硬件检测代替软件检测的技术效果。
51.在一些实施方式中，所述第一级比较模块，还包括：第一级下拉模块。
52.所述第一级隔离模块的晶体管侧的发射极，还经所述第一级下拉模块后接地。
53.图3为母线电压过压信号光耦隔离单元的一实施例的结构示意图。如图3所示，母线电压过压信号光耦隔离单元，包括：分压电阻电路、光耦隔离电路和下拉电阻电路。在光耦隔离电路的前端，设置有四级分压电阻电路，如第一级分压模块、第二级分压模块、第三级分压模块和第四级分压模块。由于光耦器件(即光耦隔离电路)有相对应的信号导通电压，所以分压电阻电路的电阻的选取需要按照光耦隔离电路的信号导通电压来进行设计。在光耦隔离电路的后端，设置有四级信号下拉电路，当光耦隔离电路没有导通时，其默认信号为低电平，对应的信号分别为母线电压过压第一级信号、母线电压过压第二级信号、母线电压过压第三级信号、母线电压过压第四级信号。其中，第一级分压模块对应第一级信号，第二级分压模块对应第二级信号，第三级分压模块对应第三级信号，第四级分压模块对应第四级信号。第四级信号的优先级最高，第一级信号的优先级最低。
54.其中，母线电压过压分级信号保护，使用分压电路，对母线电压信号进行分级检测，通过调整分压电路电阻达到分级目的。使用光耦隔离电路如光耦芯片对过压信号进行隔离，一方面能够防止母线电压过压信号过高从而损坏dsp芯片，另一方面使用光耦能够让信号经过光耦转换后信号更稳定。
55.上述母线电压过压四级信号分别与dsp芯片的四个gpio(通用型之输入输出)引脚连接，dsp芯片通过读取相应的信号引脚数据进行相应的母线电压过压保护处理。
56.在图3所示的例子中，母线电压过压信号光耦隔离单元，将母线低电压信号进行精细的分级处理分成不同等级的过压信号，程序上只需要处理这些过压信号，极大地节省了相关方案中在软件上的处理时间，保护了变频器内部昂贵的元器件，并延长变频器的使用时间。
57.所述控制芯片，被配置为根据所述n个比较结果的等级，发出相应的保护信号，以触发与相应等级的比较结果对应的保护方式，实现对所述变频器的保护。
58.本发明的方案，提供一种磁悬浮机组变频器的母线电压过压检测保护的方案，使用硬件分级比较母线电压是否过压，然后生成母线过压信号发送给dsp(数字信号处理)芯
片，dsp芯片在接收到该母线过压信号后即可触发母线过压保护。使用硬件检测母线电压过压的速度比程序检测母线过压快得多，使得变频器能够及时对母线过压提供保护，保护变频器内部的电容和igbt(绝缘栅双极型晶体管)，解决了软件判断母线电压过压时间过长的问题。并且，能够从硬件上实现母线电压的分级保护，实现了硬件上对母线电压过压的分级检测。
59.采用本发明的技术方案，通过使用硬件分级比较母线电压是否过压，然后生成母线过压信号发送给dsp芯片，dsp芯片在接收到该母线过压信号后即可触发母线过压保护。从而，通过使用硬件检测磁悬浮机组变频器的母线电压，利用dsp芯片判断该母线电压是否过压，能够及时对磁悬浮机组变频器的母线电压进行检测和保护。
60.根据本发明的实施例，还提供了对应于变频器的保护装置的一种磁悬浮机组。该磁悬浮机组可以包括：以上所述的变频器的保护装置。
61.由于本实施例的磁悬浮机组所实现的处理及功能基本相应于前述装置的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。
62.采用本发明的技术方案，通过使用硬件分级比较母线电压是否过压，然后生成母线过压信号发送给dsp芯片，dsp芯片在接收到该母线过压信号后即可触发母线过压保护，能够有效保护变频器内部元器件，防止变频器内部元器件因电压过高而导致的损坏。
63.根据本发明的实施例，还提供了对应于磁悬浮机组的一种磁悬浮机组的变频器的保护方法，如图5所示本发明的方法的一实施例的流程示意图。该磁悬浮机组的变频器的保护方法可以包括：步骤s110至步骤s130。
64.在步骤s110处，采样所述变频器的母线参数，并对所述母线参数进行处理，得到第一母线参数。
65.在步骤s120处，将所述第一母线参数，与预先设定的n个分级阈值进行比较，以在所述第一母线参数大于或等于相应等级的分级阈值的情况下，得到n个比较结果。所述n个比较结果的等级不同，不同等级的比较结果所述对应的保护方式不同。n为正整数。
66.在步骤s130处，根据所述n个比较结果的等级，发出相应的保护信号，以触发与相应等级的比较结果对应的保护方式，实现对所述变频器的保护。
67.本发明的方案，提供一种磁悬浮机组变频器的母线电压过压检测保护的方案，使用硬件分级比较母线电压是否过压，然后生成母线过压信号发送给dsp(数字信号处理)芯片，dsp芯片在接收到该母线过压信号后即可触发母线过压保护。使用硬件检测母线电压过压的速度比程序检测母线过压快得多，使得变频器能够及时对母线过压提供保护，保护变频器内部的电容和igbt(绝缘栅双极型晶体管)，解决了软件判断母线电压过压时间过长的问题。并且，能够从硬件上实现母线电压的分级保护，实现了硬件上对母线电压过压的分级检测。
68.在一些实施方式中，在所述n个比较结果包括第一级比较结果、第二级比较结果、第三级比较结果和第四级比较结果的情况下，步骤s130中根据所述n个比较结果的等级，发出相应的保护信号，以触发与相应等级的比较结果对应的保护方式，包括以下任一种控制情形：
69.第一种控制情形：在第一设定保护时长内持续接收到所述第一级比较结果的情况
下，在所述第一设定保护时长后触发预设的母线保护机制。
70.第二种控制情形：在第二设定保护时长内持续接收到所述第二级比较结果的情况下，在所述第二设定保护时长后触发预设的母线保护机制。所述第二设定保护时长小于第一设定保护时长。
71.第三种控制情形：在第三设定保护时长内持续接收到所述第三级比较结果的情况下，在第三设定保护时长后触发预设的母线保护机制。所述第三设定保护时长小于第二设定保护时长。
72.第四种控制情形：在接收到所述第四级比较结果的情况下，立即触发预设的母线保护机制。
73.其中，触发预设的母线保护机制，包括：控制所述变频器保护停机。
74.图4为母线电压过压保护方法的一实施例的流程示意图。如图4所示，母线电压过压保护方法，包括：
75.步骤1、磁悬浮机组变频器上电。
76.步骤2、磁悬浮机组变频器上电之后，母线电压过压保护电路(如变频器主控板的母线电压采样单元和)开始检测母线电压过压保护信号。
77.母线电压原始信号(该信号为母线电压实际值)，通过高阻分压模块和差分运放模块生成母线电压低压信号，再通过低通滤波电路生成纯净的母线电压低压信号。
78.该纯净的母线电压低压信号经过分压电阻电路中的n级分压模块如第一级分压模块、第二级分压模块、第三级分压模块和第四级分压模块后，生成四路母线过压信号。n为正整数。
79.其中，第一级分压模块、第二级分压模块、第三级分压模块和第四级分压模块的区别是：第一级分压模块、第二级分压模块、第三级分压模块和第四级分压模块的母线电压触发隔离光耦信号的最低电压是不一样的，所以第一级分压模块、第二级分压模块、第三级分压模块和第四级分压模块所涉及的分压电阻的阻值不一样(由实际使用时选型)。
80.步骤3、判断四路母线过压信号是否产生过压信号，若四路母线过压信号能够激活相对应的光耦信号，则其相对应的母线过压分级信号为高电平，反之为低电平。
81.步骤4、dsp芯片读取相应的分级信号进行相应的分级处理，第一级为最低级，保护时间为30秒，即系统30秒后触发母线电压过压保护。第二级保护时间为20秒，即系统20秒后触发母线电压过压保护。第三级保护时间为10秒，即系统10秒后触发母线电压过压保护。第四级为最高级，保护时间为0，即系统直接触发母线电压过压保护。
82.步骤5、当磁悬浮机组触发过压保护则变频器保护停机，若在保护时间内母线电压低于保护值，则保护信号为低电平，变频器正常运行，并继续监测保护信号。
83.本发明的方案，实现了使用硬件检测母线过压信号，使用dsp芯片接收该信号即可判断母线电压是否已经过压，从而实现母线电压过压保护。并且，通过设置分级保护，系统可以在保护时间内对系统进行参数调节，调整变频器母线电压，从而能够大大降低变频器的故障保护触发率。
84.由于本实施例的方法所实现的处理及功能基本相应于前述磁悬浮机组的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。
85.采用本实施例的技术方案，通过使用硬件分级比较母线电压是否过压，然后生成母线过压信号发送给dsp芯片，dsp芯片在接收到该母线过压信号后即可触发母线过压保护，并能够从硬件上实现母线电压的分级保护，降低了磁悬浮机组变频器的故障保护触发率。
86.综上，本领域技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。
87.以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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，均应包含在本发明的权利要求范围之内。