一种低压变频器的预充电电路及预充电方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及低压变频器技术领域，尤其涉及一种低压变频器的预充电电路及预充 电方法。
【背景技术】
[0002] 预充电电路是电压源型交流变频器的一个重要环节，其完成的主要功能是当系统 上电时，先对直流环节的储能电容进行预充电，避免上电时强大的冲击电流烧坏功率模块、 以及对直流电容造成损伤而导致的直流电容寿命缩短、性能降低。
[0003] 如图1所示，目前低压变频器中所采用的预充电电路(限流部分)，一般是由主回路 继电器触点旁跨接充电电阻构成以完成预充电，但该类预充电电路存在以下缺陷： 1) 难以选择合适阻值的预充电电阻，若考虑使得充电时间少，则往往会使得充电电流 过大，而考虑使得充电电流小时，又会导致充电时间慢，无法在充电电流和充电时间两个问 题上达成平衡，这也一直是该类预充电电路中一个难解的问题； 2) 由于该类预充电电路为单一充电电阻，因而在充电过程中，充电电阻的发热量大，会 致使变频器的整体温度过高，降低了变频器的安全性，同时还会减小变频器的使用寿命； 3) 对充电电阻的性能要求高，通常要求电阻的过载能力能达到大约几十倍到几百倍， 因而所需成本高、体积大； 4) 由于充电电阻极易被损坏，而当充电电阻损坏后，变频器不能正常运行，会进一步增 加维护成本。
【发明内容】
[0004] 本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一 种结构简单、成本低廉、能够能够极大的减少低压变频器上电瞬间的冲击电流，同时兼顾预 充电时间，智能实现充电电流小、预充电时间短且充电过程稳定的低压变频器的预充电电 路及预充电方法。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为： 一种低压变频器的预充电电路，所述预充电电路连接在低压变频器的整流电路与逆变 电路之间，其特征在于：所述预充电电路包括主控模块以及三组以上的预充电模块，各个所 述预充电模块依次串联连接且分别与所述主控模块连接；所述预充电模块包括并联连接的 预充电电阻以及充电控制开关，所述主控模块根据所需的充电电流、充电时间分别控制预 充电过程中各个充电控制开关的开断，以接入或旁路对应的预充电电阻。
[0006] 作为本发明电路的进一步改进：所述预充电模块还包括与所述预充电电阻连接 的预充电反馈单元，所述预充电反馈单元实时采集预充电过程中所述预充电电阻两端的电 压信号，根据采集到的电压信号发送充电电流是否达到预设条件的反馈信号至所述主控模 块；当预充电过程开始时，断开所有所述预充电模块的充电控制开关，所述主控模块再根据 每个所述预充电模块发送的反馈信号控制对应的充电控制开关闭合。
[0007] 作为本发明电路的进一步改进：所述预充电反馈单元采用光耦隔离电路，所述光 耦隔离电路包括相互连接的限流电组以及光电耦合器，所述限流电阻将所述预充电电阻两 端的电压信号反馈至所述光电耦合器的输入端，所述光电耦合器根据反馈的所述电压信号 生成高、低电平的反馈信号并发送至所述主控模块。
[0008] 作为本发明电路的进一步改进：所述光耦隔离电路的输入端还设置有光耦前级滤 波电路；所述光耦前级滤波电路包括并联连接的电阻和电容。
[0009] 作为本发明电路的进一步改进：所述充电控制开关为继电器开关。
[0010] 作为本发明电路的进一步改进：还包括分别与所述继电器开关、主控模块连接的 三极管开关，通过所述三级管开关控制所述继电器开关的开断。
[0011] 本发明进一步提供一种利用上述预充电电路的预充电方法，步骤包括： 1) 根据所需的充电电流、充电时间依次接入多组预充电模块，并预先设置多个依次减 小的充电电流阈值； 2) 断开接入的各个所述预充电模块中充电控制开关，以接入所有所述预充电电阻开始 预充电过程； 3) 预充电过程中，主控模块依次判断充电电流是否达到各个所述充电电流阈值，且每 次判断到达到一个所述充电电流阈值时，闭合一个充电控制开关以旁路一个预充电模块， 直至旁路所有的预充电模块，完成预充电过程。
[0012] 作为本发明方法的进一步改进，所述步骤3)的具体步骤为： 3. 1)预先为每组预充电模块对应设置一个依次减小的所述充电电流阈值，以控制旁路 对应的预充电模块；预充电过程中，每组所述预充电模块通过一个预充电反馈单元实时采 集预充电过程中所述预充电电阻两端的电压信号，根据采集到的电压信号发送充电电流是 否达到所述充电电流阈值的反馈信号至所述主控模块； 3. 2)所述主控模块接收各个所述预充电模块发送的反馈信号，并根据接收到的反馈信 号依次控制各个充电控制开关闭合以旁路对应的预充电模块，完成预充电过程。
[0013] 作为本发明电路的进一步改进，所述步骤3. 1)的具体步骤为：预充电过程中，每 组所述预充电模块通过一个限流电阻实时采集所述预充电电阻两端的电压信号并反馈至 一个隔离光耦的输入端，所述隔离光耦根据反馈的所述电压信号生成高、低电平的反馈信 号并发送至所述主控模块，其中当充电电流达到所述充电电流阈值时对应高电平的反馈信 号。
[0014] 作为本发明电路的进一步改进，所述步骤3. 1)中还包括预先按照下式计算每个预 充电模块中限流电阻的阻值以设置对应充电电流阈值的步骤； Rf= R*If/IC 其中Rf为限流电阻的阻值，R为预充电电阻的阻值，If为隔离光耦的最低工作电流， IC为对应预充电模块的充电电流阈值。
[0015] 与现有技术相比，本发明的优点在于： 1)本发明预充电电路通过设置多组预充电模块，在变频器上电过程中串联多个预充电 电阻到主回路中，并通过主控模块根据所需的充电电流、充电时间控制接入或旁路各个预 充电电阻，来控制接入变频器主回路中预充电电阻的总阻值，可以灵活控制充电电流、充电 时间，实现最大程度减少变频器在上电瞬间的冲击电流，同时兼顾预充电时间； 2) 本发明预充电电路采用多个预充电电阻串联的模式，由多个预充电电阻联合工作实 现预充电过程，预充电电阻的电阻功率小、性能要求低、成本低，同时工作发热量少； 3) 本发明通过主控模块可以灵活控制各个预充电电阻的旁切，使得在需要减少充电时 间时可以通过旁路预充电电阻进行提速，或在预充电电阻损坏时旁路该预充电电阻，以使 得变频器能够正常运行，降低所需的维护成本，延长预充电电路的使用寿命，同时提高了变 频器的可靠性以及冗余度； 4) 本发明进一步采用光耦隔离电路的预充电反馈单元，可以准确采集充电电流并自动 判断充电电流的状态，从而结合主控模块可以实现充电电流、充电时间的自动化和智能化 控制。
【附图说明】
[0016] 图1是传统的低压变频器中预充电电路的原理示意图。
[0017] 图2是本实施例预充电电路在低压变频器中的接入原理示意图。
[0018] 图3是本实施例预充电电路的结构原理示意图。
[0019] 图4是本实施例预充电电路中一组预充电模块的具体结构以及连接原理示意图。
[0020] 图5是本发明具体实施例中预充电电路的具体结构以及连接原理示意图。
[0021] 图6是应用本发明预充电电路得到的充电时间以及充电电流曲线示意图。
[0022] 图7是应用传统预充电电路得到的充电时间以及充电电流曲线示意图。
【具体实施方式】
[0023] 以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而 限制本发明的保护范围。
[0024] 如图2、3所示，本实施例低压变频器的预充电电路连接在低压变频器的整流电路 与逆变电路之间，预充电电路包括主控模块(本实施例表示为主控中心）以及三组以上的预 充电模块(本实施例对应为A组、B组模块等)，各个预充电模块依次串联连接且分别与主 控模块连接；预充电模块包括并联连接的预充电电阻以及充电控制开关，各个预充电电阻 相互独立，主控模块根据所需的充电电流、充电时间分别控制预充电过程中各个充电控制 开关的开断，以接入或旁路对应的预充电电阻。本实施例充电控制开关具体采用继电器开 关(旁路继电器)，旁路