变频器直流母线电容健康监测方法及其变频器技术

一种变频器直流母线电容健康监测方法及其变频器。该方法包括：a、在直流母线电容初次放电时，根据直流母线电容在健康状态下的标定电容值、在预设的放电期间电压采样区间采样到的母线电压值以及放电时长，借助电容放电公式计算直流母线电容放电回路的等效电阻值；b、根据所述等效电阻值、在预设的放电期间电压采样区间采样到的母线电压值以及放电时长，借助电容放电公式计算当前电容值；c、根据当前电容值与标定电容值的比较结果判断电容的健康状态；d、在以后直流母线电容每次放电时，均重复执行上述的步骤b和步骤c。本发明专利技术能在不添加额外的检测装置的情况下对变频器直流母线电容的健康进行监测。康进行监测。康进行监测。

【技术实现步骤摘要】
变频器直流母线电容健康监测方法及其变频器


[0001]本专利技术涉及变频器技术，尤其涉及变频器直流母线电容的监测技术。

技术介绍

[0002]电解电容作为一种常见的储能滤波电子元器件，被普遍应用在交
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直
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交拓扑结构的电力电子装置中，通过在直流电路中串联和/或并联若干个电容，实现对直流母线电压的滤波作用，为逆变电路提供稳定能量，提高转化功率，降低损耗。图1示意性地示出了变频器的电路原理图，其中示出了直流母线电容10，该直流母线电容10由两个并联连接的电解电容C1和C2共同构成。图1仅为示例，本领域技术人员知悉，根据不同的应用，直流母线电容10还可以由采用其它连接方式的电解电容构成，例如由单个电解电容构成、由多个串联在一起的电解电容构成或者是由串联后又并联连接在一起的多个电解电容构成等等。
[0003]电解电容的自身使用寿命有限，并且容易受到外部环境(如温度、电网质量等)的影响。通常来说，工业用电力电子装置的工作环境普遍比较恶劣，更加速了电解电容的寿命损耗。因此，有必要对电解电容的健康情况进行有效的监控和维护。现阶段，对于直流母线电容的维护方式以定期维修为主，而定期维修存在维修不足与维修过剩的问题。因此需要实现对直流母线电容的预测性维护，对其健康状态做到提前预警，从而避免出现因为电解电容寿命减少导致炸机的问题。目前，大多数测量方法需要在设备上添加额外的检测装置，来收集相关数据进行计算分析，增加了产品的研发和制造成本。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种能够在不添加额外的检测装置的情况下对变频器直流母线电容的健康进行监测的方法及其变频器。
[0005]第一方面，根据本专利技术实施例的一种变频器直流母线电容健康监测方法，包括以下步骤：
[0006]a、在直流母线电容初次放电时，根据直流母线电容在健康状态下的标定电容值、在预设的放电期间电压采样区间采样到的母线电压值以及放电时长，借助电容放电公式计算直流母线电容放电回路的等效电阻值；
[0007]b、根据所述等效电阻值、在预设的放电期间电压采样区间采样到的母线电压值以及放电时长，借助电容放电公式计算当前电容值；
[0008]c、根据当前电容值与标定电容值的比较结果判断直流母线电容的健康状态；
[0009]d、在以后直流母线电容每次放电时，均重复执行上述的步骤b和步骤c。
[0010]第二方面，根据本专利技术一实施例的一种变频器，包括：存储器，用于存储程序；处理器，用于加载所述程序以执行前述的直流母线电容健康监测方法。
[0011]本专利技术至少具有以下优点：
[0012]本专利技术实施例通过获取放电过程中母线电压的大小以及放电时间，根据电容充放电公式，分别计算直流母线电容放电回路等效电阻和电容值，通过对比健康状态下的电容
标定值，得出直流母线电容的健康状态。本实施例不用在原来的设备端添加任何额外的测量装置，仅通过变频器内部所采集的数据进行分析，就能够实现对直流母线电容的监测，从而大大降低了变频器的故障率，起到了提前预警的作用。
附图说明
[0013]图1示意性地示出了变频器的电路原理图。
[0014]图2示出了根据本专利技术一实施例的变频器直流母线电容健康监测方法的流程示意图。
[0015]图3示出了根据本专利技术另一实施例的变频器直流母线电容健康监测方法的流程示意图。
[0016]图4示出了根据本专利技术再一实施例的变频器直流母线电容健康监测方法的流程示意图。
[0017]图5示出了直流母线电容的电容量随温度变化的曲线。
具体实施方式
[0018]下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。
[0019]图2示出了根据本专利技术一实施例的变频器直流母线电容健康监测方法的流程示意图。如图2所示，根据本专利技术一实施例的变频器直流母线电容健康监测方法，包括以下步骤：
[0020]a、在直流母线电容初次放电时，根据直流母线电容在健康状态下的标定电容值、在预设的放电期间电压采样区间采样到的母线电压值以及放电时长，借助电容放电公式计算直流母线电容放电回路的等效电阻值。
[0021]电容的放电公式为：
[0022][0023]其中，V0为电容的初始电压值，Vt表示放电过程中电容在t时刻的电压值，t表示从V0放电到Vt所花费的放电时长，R表示电路的等效电阻值，C为电容的容量值。
[0024]当变频器掉电时，直流母线电容会放电。在直流母线电容的电压下降到电压下限值(不同厂商、不同型号的变频器的电压下限值常常互不相等，以380V变频器为例，新时达二代变频器AS500的电压下限值为180V)之前，变频器的控制器仍处于工作状态，可接收到电压采集电路所采集到的母线电压(此时采集到的母线电压等于直流母线电容的电压)。通过合理设置放电期间电压采样区间[V0,V
t
]，使V
t
高于电压下限值，变频器的控制器根据采样到V0的时刻和采样到V
t
的时刻，可以算出放电时长t。制造好的变频器出厂后在实际使用时第一次掉电时(即直流母线电容初次放电时)，此时的直流母线电容值是直流母线电容在健康状态下的标定值，可以根据直流母线电容的拓扑结构计算获得，在V0、V
t
、t、C均为已知值的情况下，利用电容放电公式可以计算出直流母线电容放电回路的等效电阻值。
[0025]在本实施例中，根据下述公式计算得到直流母线电容放电回路的等效电阻值Rstandard：
[0026][0027]其中，V0为放电期间电压采样区间[V0,V
t
]的起始母线电压值，V
t
为放电期间电压采样区间[V0,V
t
]的终止母线电压值，t为直流母线电容从V0放电到V
t
所花费的放电时长，Δt为采样间隔，母线电压采样个数i＝1，2，
……
，n，为第i个采样到的母线电压值，t
i
为直流母线电容从V0放电到所花费的放电时长。
[0028]利用多点均值求解方法，能够提高计算精度，节省计算空间，同时也能够比较精确地反映直流母线电容的状态。
[0029]b、根据直流母线电容放电回路的等效电阻值、在预设的放电期间电压采样区间采样到的母线电压值以及放电时长，借助电容放电公式计算当前电容值。
[0030]在变频器的实际运行中，可以收集到的数据有某时刻的母线电压值、放电时长以及母线电容健康状态下的标定值。一般情况下，逆变电路拓扑结构复杂，计算其消耗功率较为困难，因此可以通过电容放电公式计算得到健康状态下的直流母线电容放电回路的等效电阻值R，在保证变频器系统功耗不变的情况下，即固定R值大小，进而就可以计算得到电容估计值。
[0031]在本实施例中，根据下述公式计算得到直流母线电容的当前电容值：
[0032][0033]其中，V0为放电期间电压采样区间[V本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种变频器直流母线电容健康监测方法，其特征在于，包括以下步骤：a、在直流母线电容初次放电时，根据直流母线电容在健康状态下的标定电容值、在预设的放电期间电压采样区间采样到的母线电压值以及放电时长，借助电容放电公式计算直流母线电容放电回路的等效电阻值；b、根据所述等效电阻值、在所述预设的放电期间电压采样区间采样到的母线电压值以及放电时长，借助电容放电公式计算当前电容值；c、根据当前电容值与标定电容值的比较结果判断直流母线电容的健康状态；d、在以后直流母线电容每次放电时，均重复执行上述的步骤b和步骤c。2.根据权利要求1所述的变频器直流母线电容健康监测方法，其特征在于，在所述的步骤a中，通过下式计算所述等效电阻值：其中，所述预设的放电期间电压采样区间为[V0,V
t
]，V0为放电期间电压采样区间的起始母线电压值，V
t
为放电期间电压采样区间的终止母线电压值，t为直流母线电容从V0放电到V
t
所花费的放电时长，Δt为采样间隔，母线电压采样个数所花费的放电时长，Δt为采样间隔，母线电压采样个数为第i个采样到的母线电压值，t
i
为直流母线电容从V0放电到所花费的放电时长。3.根据权利要求1所述的变频器直流母线电容健康监测方法，其特征在于，在所述的步骤b中，通过下式计算所述当前电容值：其中，所述预设的放电期间电压采样区间为[V0,V
t
]，V0为放电期间电压采样区间的起始母线电压值，V
t
为放电期间电压采样区间的终止母线电压值，t为直流母线电容从V0放电到V
t
所花费的放电时长，Δt为采样间隔，母线电压采样个数所花费的放电时长，Δt为采样间隔，母线电压采样个数为第i个采样到的母线电压值，t
i
为直流母线电容从V0放电到所花费的放电时长。4.根据权利要求1所述的变频器直流母线电容健康监测方法，其特征在于，在所述的步骤d中，如果在直流母线电容第m
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1次放电后、第m次放电前有影响直流母线电容放电时间的电路硬件被调整，则在直流母线电容第m次放电时，根据在直流母线电容第m
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1次放电时计算得到的当前电容值、在预设的放电期间电压采样区间采样到的母线电压值以及放电时长，借助电容放电公式重新计算直流母线电容放电回路的等效电阻值，并利用该重新计算的等效电阻值进行后续...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈伟，赵淞，王亮平，严秀婷，
申请(专利权)人：上海新时达电气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：