故障保护装置、变频器及电机驱动系统制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种故障保护装置、变频器及电机驱动系统，其中，故障保护装置包括采样电路、比较电路及控制模块，采样电路用于采样变频器的母线电压；比较电路的输入端与采样电路的输出端相连，比较电路根据异常的母线电压生成相应的故障信号；控制模块，其与比较电路相连，控制模块用于根据故障信号控制变频器停止输出PWM驱动信号。通过采用硬件的比较电路来检测异常的母线电压，并触发控制模块以控制变频器停止输出PWM驱动信号，可解决通过软件检测母线电压时由于时间的延迟而达不到有效保护的问题，大幅提升应答速度，保证变频器在各种极端场合下的安全性和可靠性。

Fault protection device, frequency converter and motor drive system

【技术实现步骤摘要】
故障保护装置、变频器及电机驱动系统
本专利技术涉及电机控制
，具体而言，涉及一种故障保护装置、一种变频器及一种电机驱动系统。
技术介绍
对于无电解电容的三相输入三相输出的AC-DC-AC变频器，通过合理的硬件设计结合电机软件控制算法，可将变频器DC-Link电容由大容量的电解电容换为小容量的薄膜电容，所需要的电容容值可以减小到传统有电解电容变频器的5％以下，从而大大减小了整个变频器的体积，降低了硬件成本，由于薄膜电容的可靠性远远大于电解电容，从而也提高了电机驱动系统的可靠性。对于无电解电容的三相输入三相输出的AC-DC-AC变频器，传统的有电解电容的三相输入三相输出的AC-DC-AC变频器的异常电压的保护机制已经不适用，为了能够在极端的情况下，对电机及变频器出现的各种异常情况特别是异常电压故障能够做到及时、有效的保护，必须对其故障保护机制重新进行设计。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。本专利技术的一个方面提供了一种故障保护装置。本专利技术的另一个方面提供了一种变频器。本专利技术的再一个方面提供了一种电机驱动系统。有鉴于此，根据本专利技术的一个方面，提供了一种故障保护装置，用于变频器，故障保护装置包括采样电路、比较电路及控制模块，采样电路用于采样变频器的母线电压；比较电路的输入端与采样电路的输出端相连，比较电路根据异常的母线电压生成相应的故障信号；控制模块，其与比较电路相连，控制模块用于根据故障信号控制变频器停止输出PWM(Pulsewidthmodulation，脉冲宽度调制)驱动信号。本专利技术实施例提供的故障保护装置，为了应对无电解电容的三相输入三相输出的变频器(以下简称无电解电容变频器)的母线电压变化极快(V/μs级)的情况，解决通过软件检测母线电压时由于时间的延迟而达不到有效保护的问题，区别于有电解电容变频器的母线电压的异常通过软件来进行保护，通过采用硬件的比较电路来检测异常的母线电压，并触发控制模块以控制变频器停止输出PWM驱动信号，可大幅提升应答速度。通过对保护机制的合理设计，扩展了无电解电容变频器在各种极端条件下的适用范围和应用场合，保证变频器在各种极端场合下的安全性和可靠性，具有重要的工程意义和实用价值。再加之无电解电容变频器相对传统的有电解电容变频器具有体积小，成本低，可靠性高的优点，大大提高了无电解电容变频器产品的市场竞争力。另外，根据本专利技术提供的上述技术方案中的故障保护装置，还可以具有如下附加技术特征：在上述技术方案中，优选地，控制模块包括硬件关断脚，其与比较电路的输出端相连，硬件关断脚根据接收到的故障信号控制变频器停止输出PWM驱动信号。在该技术方案中，通过在控制模块中设置硬件关断脚，可实现充分的硬件控制，以便在接收到故障信号后迅速控制变频器停止输出PWM驱动信号，进一步确保了应答速度，实现了可靠的故障保护。在上述任一技术方案中，优选地，比较电路包括低电压比较器和过电压比较器，低电压比较器根据小于低压阈值的母线电压生成低电压故障信号；过电压比较器根据大于第一高压阈值的母线电压生成第一过电压故障信号。在该技术方案中，分别设置低电压比较器和过电压比较器，低电压比较器可检测母线电压是否降至低压阈值或其以下，即是否出现低电压故障，过电压比较器则可检测母线电压是否升高至第一高压阈值或其以上，即是否出现第一过电压故障，并在出现上述故障时生成相应的故障信号，二者互不干涉，可迅速、准确地检测出母线电压异常，从而大幅提升应答速度。比较电路采用的比较器为单个器件，工作可靠，且有助于简化比较电路的结构。在上述任一技术方案中，优选地，采样电路包括串联的第一采样电阻和第二采样电阻，采样电路的输出端位于第一采样电阻和第二采样电阻之间。在该技术方案中，通过在采样电路中设置两个串联的采样电阻，并将采样电路的输出端设置在两个采样电阻之间，可确保仅有一个输出端，便于与比较器的输入端相连，不必增设转换电路以将两个输出端转换为单个输出端，有助于进一步简化变频器的结构。在上述任一技术方案中，优选地，故障保护装置还包括制动模块，用于在导通状态下消耗母线电压的多余能量；过电压比较器还根据大于第一高压阈值的母线电压生成中断指令；控制模块还包括处理器，其与过电压比较器的输出端及制动模块相连，处理器根据中断指令导通制动模块。在该技术方案中，通过控制过电压比较器在检测到母线电压大于第一高压阈值的情况下生成中断指令，可触发控制模块的处理器的外部中断机制。通过将处理器的中断事件配置为导通故障保护装置的制动模块，以消耗掉母线电压的多余能量，可使母线电压迅速降低，实现可靠的故障保护。在上述任一技术方案中，优选地，制动模块与采样电路并联，制动模块包括串联的制动电阻和触发晶体管，处理器与触发晶体管的基极相连。在该技术方案中，具体限定了制动模块的结构。制动模块包括串联的制动电阻和触发晶体管，并与采样电路并联，处理器与触发晶体管的基极相连，可通过向触发晶体管的基极输入合适的电压而导通触发晶体管，从而将制动电阻接入变频器的主电路，消耗掉母线电压的多余能量，使母线电压迅速降低，实现可靠的故障保护。在上述任一技术方案中，优选地，制动模块还包括与制动电阻并联的续流二极管，续流二极管的导通方向与触发晶体管的电流方向相反。在该技术方案中，进一步限定了制动模块还包括与制动电阻并联的续流二极管。当触发晶体管由导通变为截止时，沿其导通时的电流方向(即集电极到发射极的方向)的电流由大变小，在制动的线圈中会感应出电势，该电势与母线电压相叠加，有可能将触发晶体管的集电极与发射极击穿。通过在制动电阻上并联续流二极管，并令续流二极管的导通方向与触发晶体管的电流方向相反，则感应的电势就使得续流二极管导通，从而将该电势短路，保护了触发晶体管，确保了故障保护装置的运行可靠性。此处的“续流”则是指线圈中的电流改由经过续流二极管继续流通。在上述任一技术方案中，优选地，处理器还根据中断指令生成第一过电压故障信息；和/或处理器还与采样电路的输出端相连，处理器还基于母线电压小于低压阈值的情况，生成低电压故障信息。在该技术方案中，虽然硬件关断脚可以快速反应，实现可靠的故障保护，但硬件关断脚仅在接收到故障信号时被触发，无法分辨不同的故障信号。通过结合发生不同故障时情况的不同，令处理器生成相应的故障信息，可便于用户了解故障情况，并制定相应的维修计划，有助于减少故障发生率，延长产品的使用寿命。具体地，由于母线电压达到第一高压阈值的同时，不仅会触发硬件关断脚，同时还会触发中断指令，因此处理器可以结合中断指令区分出过第一电压故障，并生成第一过电压故障信息。当处理器检测到硬件关断脚信号的同时，通过读取母线电压的瞬时值，由于无电解电容变频器的母线电压是波动的，当检测到母线电压的瞬时值比正常的波谷值还低很大余量，即小于低压阈值时，可认为发生了低电压故障，生成低电压故障信息。在上述任一技术方案中，优选地，控制模块还与采样电路的输出端相连，控制模块根据大于第二高压阈值的母线电压生成零矢量刹车指令，第二高压阈值大于第一高压阈值。在该技术方案中，大多数情况下，基于第一过电压故障信号执行的过电压保护都可以使母线电压有效地快速降下来。通过配置大于第一高压阈值的第二高压阈值，并令控制模块在母线电压超本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种故障保护装置，用于变频器，其特征在于，所述故障保护装置包括：采样电路，用于采样所述变频器的母线电压；比较电路，其输入端与所述采样电路的输出端相连，所述比较电路根据异常的所述母线电压生成相应的故障信号；及控制模块，其与所述比较电路相连，所述控制模块根据所述故障信号控制所述变频器停止输出PWM驱动信号。

【技术特征摘要】
1.一种故障保护装置，用于变频器，其特征在于，所述故障保护装置包括：采样电路，用于采样所述变频器的母线电压；比较电路，其输入端与所述采样电路的输出端相连，所述比较电路根据异常的所述母线电压生成相应的故障信号；及控制模块，其与所述比较电路相连，所述控制模块根据所述故障信号控制所述变频器停止输出PWM驱动信号。2.根据权利要求1所述的故障保护装置，其特征在于，所述控制模块包括硬件关断脚，其与所述比较电路的输出端相连，所述硬件关断脚根据接收到的所述故障信号控制所述变频器停止输出所述PWM驱动信号。3.根据权利要求1或2所述的故障保护装置，其特征在于，所述比较电路包括：低电压比较器，所述低电压比较器根据小于低压阈值的所述母线电压生成低电压故障信号；及过电压比较器，所述过电压比较器根据大于第一高压阈值的所述母线电压生成第一过电压故障信号。4.根据权利要求3所述的故障保护装置，其特征在于，所述采样电路包括串联的第一采样电阻和第二采样电阻，所述采样电路的输出端位于所述第一采样电阻和所述第二采样电阻之间。5.根据权利要求3所述的故障保护装置，其特征在于，所述故障保护装置还包括制动模块，用于在导通状态下消耗所述母线电压的多余能量；所述过电压比较器还根据大于所述第一高压阈值的所述母线电压生成中断指令；所述控制模块还包括处理器，其与所述过电压比较器的输出端及所述制动模块相连，所述处理器根据所述中断指令导通所述制动模块。6.根据权利要求5所述的故障保护装置，其特征在于，所述制动模块与所述采样电路并联，所述制动模块包括串联的制动电阻和触发晶体管，所述处理器与所述触发晶体管的基极相连。7.根据权利要求6所述的故障保护装置，其特征在于，所述制动模块还包括与所述制动电阻并联的...

【专利技术属性】
技术研发人员：周超，小仓健，钱雄，党书东，
申请(专利权)人：广东美的暖通设备有限公司，美的集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44