CN103280767B - 变频器的制动电阻保护电路和方法 - Google Patents

Abstract

一种变频器的制动电阻保护电路，用于保护制动电阻RB因过热而烧毁，包括用于控制制动电阻RB的制动模块、用于检测所述制动模块导通和断开状态的制动检测模块、用于控制制动模块导通和断开的制动控制模块及用于连接制动模块与电源的缓冲模块；制动检测模块检测制动模块的导通和断开状态，并将检测的结果反馈给制动控制模块，制动控制模块用于根据当前发送给制动模块的控制指令和制动检测模块反馈的结果控制缓冲模块的导通和断开，其中，制动控制模块发送给制动模块的控制指令为断开，制动检测模块反馈的结果为导通，则制动控制模块控制缓冲模块断开，从而断开所述制动模块与电源的连接。此外，还提供一种变频器的制动电阻保护方法。

Description

变频器的制动电阻保护电路和方法

技术领域

本发明涉及制动电阻保护技术，特别是涉及一种变频器的制动电阻保护电阻和方法。

背景技术

电机在带位能负载或者和减速时发电运行，如果是变频器驱动电机，电机会将能量反馈到变频器母线上，导致母线电压升高。变频器一般采用制动电阻的方法将电机发电能量以热能的形式消耗在制动电阻上。如果由于控制电路错误或者制动管失效等原因导致制动管一直导通，则相当于将制动电阻放置在正负母线之间，正负母线又连接到三相输入电源。因此制动电阻一直会有电流流过，制动电阻长时间通电，发热累积会导致制动电阻烧毁并可能引发火灾，造成财产甚至人员的损失。

一种保护制动电阻的方只适用于制动电阻过热的保护，对于制动管失效引起的短路不能起到保护作用。另一种制动相短路的保护装置，通过同时检测制动电阻两端电压和母线电压来判断制动相电路是否异常，并在制动相电路中串入可控制的开关，当检测到制动相短路时通过断开开关来保护制动电阻。这种方法需要在原来电路拓扑上增加开关，增加了***成本，提高了***复杂程度。

发明内容

基于此，提供一种简单的变频器的制动电阻保护电路。

一种变频器的制动电阻保护电路，用于保护制动电阻RB因过热而烧毁，包括用于控制制动电阻RB的制动模块、用于检测所述制动模块导通和断开状态的制动检测模块、用于控制所述制动模块导通和断开的制动控制模块及用于连接所述制动模块与电源的缓冲模块；

所述制动模块与所述制动电阻RB串联后连接于电源的正负极之间，所述制动模块还与所述制动检测模块连接，所述制动检测模块与所述制动控制模块连接，所述制动控制模块还与所述缓冲模块连接，所述缓冲模块连接于所述制动模块与电源之间；

所述制动检测模块检测所述制动模块的导通和断开状态，并将检测的结果反馈给所述制动控制模块，所述制动控制模块用于根据当前发送给所述制动模块的控制指令和所述制动检测模块反馈的结果控制所述缓冲模块的导通和断开，其中，所述制动控制模块发送给所述制动模块的控制指令为断开，所述制动检测模块反馈的结果为导通，则所述制动控制模块控制所述缓冲模块断开，从而断开所述制动模块与电源的连接。

在其中一个实施例中，所述制动模块包括作为制动管的三极管TRB，所述三极管TRB的发射极与电源负极连接，所述三极管TRB的集电极通过制动电阻RB与电源正极连接，所述三极管TRB的基极与所述制动检测模块连接。

在其中一个实施例中，所述制动检测模块包括分压电阻R2、分压电阻R3和光耦合器U1，所述光耦合器U1包括发光二极管D1和三极管Q1，所述分压电阻R3一端与发光二极管D1的负极连接，另一端与所述制动电阻RB和所述制动模块的公共端连接，所述发光二极管D1的正极与电源正极连接，所述三极管Q1的发射极接地，所述三极管Q1的集电极与所述分压电阻R2的一端连接，所述分压电阻R2的另一端与电源正极连接，所述三极管Q1与所述分压电阻R2的公共端与所述制动模块连接。

在其中一个实施例中，所述缓冲模块包括软启动电阻R1和开关KM1，所述软启动电阻R1一端与电源连接，另一端与所述制动模块连接，所述开关KM1与所述软启动电阻R1并联。

在其中一个实施例中，还包括用于将交流电源转换成直流电源的整流模块，所述整流模块输出直流电源，所述直流电源的正极与所述制动电阻RB连接，所述直流电压的负极与所述缓冲模块连接。

在其中一个实施例中，还包括滤波模块，所述滤波模块一端与所述制动电阻RB连接，另一端与所述制动模块连接。

在其中一个实施例中，所述滤波模块包括电解电容C1和电解电容C2，所述电解电容C1和所述电解电容C2串联，所述电解电容C1的正极与所述制动电阻RB连接，所述电解电容C2的负极与所述制动模块连接。

上述变频器的制动电阻保护电路通过制动检测模块检测制动模块的导通状态是否与制动控制模块的控制指令一致，若制动控制模块的控制指令为断开，而检测到制动模块的状态为导通，则认为制动模块处于短路状态，制动控制模块控制缓冲模块断开，从而断开制动模块与电源的连接，避免制动电阻因制动模块短路而长时间通电，发热累积而导致制动电阻烧毁。

此外，还提供一种简单的变频器的制动电阻保护方法。

一种变频器的制动电阻保护方法，包括以下步骤：

检测制动管的控制指令；

若当前控制指令为断开，则检测所述制动管的连接状态，其中，制动管与所述制动电阻RB串联；若所述制动管处于导通状态，则断开所述制动管的接入电源；若所述制动管处于断开状态，则所述变频器正常工作；

若所述当前控制指令为导通，则检测所述制动管的连接状态；若所述制动管处于导通状态，则所述变频器正常工作；若所述制动管处于断开状态，则检测所述制动管的接入端。

在其中一个实施例中，所述断开所述制动管的接入电源的具体步骤包括：

在所述制动电阻RB和所述制动管串联后的支路电路与电源之间接入缓冲电路；

在所述制动管处于短路状态时，断开所述缓冲电路。

在其中一个实施例中，所述控制指令为断开，检测所述制动管为导通时，则所述制动管短路。

上述变频器的制动电阻保护方法通过检测制动管的控制指令，在当前控制指令为断开，而制动管的连接状态为导通时，则认为制动管处于短路状态，从而断开制动管的接入电源，即断开制动管与电源的连接，避免制动电阻因制动管短路而长时间通电，发热累积而导致制动电阻烧毁。

附图说明

图1为变频器的制动电阻保护电路的模块图；

图2为变频器的制动电阻保护的原理图之一；

图3为变频器的制动电阻保护的原理图之二；

图4为制动检测模块的原理图；

图5为变频器的制动电阻保护方法的流程图。

具体实施方式

如图1所示，为变频器的制动电阻保护电路的模块图。

一种变频器的制动电阻保护电路，用于保护制动电阻RB因过热而烧毁，包括用于控制制动电阻RB的制动模块101、用于检测所述制动模块101导通和断开状态的制动检测模块103、用于控制所述制动模块101导通和断开的制动控制模块105及用于连接所述制动模块101与电源的缓冲模块107。

所述制动模块101与所述制动电阻RB串联后连接于电源的正负极之间，所述制动模块101还与所述制动检测模块103连接，所述制动检测模块103与所述制动控制模块105连接，所述制动控制模块105还与所述缓冲模块107连接，所述缓冲模块107连接于所述制动模块101与电源之间。

所述制动检测模块103检测所述制动模块101的导通和断开状态，并将检测的结果反馈给所述制动控制模块105，所述制动控制模块105用于根据当前发送给所述制动模块101的控制指令和所述制动检测模块103反馈的结果控制所述缓冲模块107的导通和断开，其中，所述制动控制模块105发送给所述制动模块101的控制指令为断开，所述制动检测模块103反馈的结果为导通，则所述制动控制模块105控制所述缓冲模块107断开，从而断开所述制动模块101与电源的连接。

制动模块101用于与制动电阻RB连接，控制制动电阻RB与电源的连接状态。具体地，制动模块101导通时，制动电阻RB接入电源，有电流经过。制动模块101断开时，制动电阻RB断开与电源的连接，没有电流经过制动电阻RB。即制动模块101用于控制制动电阻RB的导通状态，能够在制动电阻RB过热时断开制动电阻RB与电源的连接，保护制动电阻RB因过热而引起烧毁。

制动检测模块103用于检测制动模块101的导通状态。在实际应用中，制动模块101可能会出现故障，例如，短路或者断路。无论是断路还是短路，制动模块101均无法正常工作。因此，需要对制动模块101的当前工作状态进行检测，然后将当前工作状态与实际的控制指令进行比较，从而判断制动模块101是否正常。

缓冲模块107用于断开制动模块101与电源的连接。一般的，在制动模块101出现短路时，制动电阻RB一直有电流经过，从而会导致制动电阻RB因过热而引起烧毁，为避免因制动模块101短路而造成制动电阻RB过热烧毁的状况，因而在制动模块101与电源之间串联缓冲模块107。在检测到制动模块101短路时，缓冲模块107则断开，从而断开制动电阻RB与电源的连接。

制动控制模块105用于接收制动检测模块103的反馈结果，并根据反馈结果控制缓冲模块107的导通或断开。具体地，在制动检测模块103反馈当前制动模块101的状态为导通时，而制动控制模块105发出的控制指令为断开时，制动控制模块105则控制缓冲模块107断开，则此时认为制动模块101不按照制动控制模块105的控制指令执行断开，即制动模块101出现短路状况。在制动检测模块103反馈当前制动模块101的状态为断开时，而制动控制模块105发出的控制指令为导通时，则认为此时制动模块101处于断路状态，即制动模块101未接入电源，需要对制动模块101的连接状态进行检测。

请结合图2和图3。

制动模块101包括作为制动管的三极管TRB，所述三极管TRB的发射极与电源负极连接，所述三极管TRB的集电极与制动电阻RB的一端连接，制动电阻RB的另一端与电源正极连接，所述三极管TRB的基极与所述制动检测模块103连接。

请结合图4。制动检测模块103包括分压电阻R2、分压电阻R3和光耦合器U1，所述光耦合器U1包括发光二极管D1和三极管Q1，所述分压电阻R3一端与发光二极管D1的负极连接，另一端与所述制动电阻RB和所述制动模块101的公共端连接，所述发光二极管D1的正极与电源正极连接，所述三极管Q1的发射极接地，所述三极管Q1的集电极与所述分压电阻R2的一端连接，所述分压电阻R2的另一端与电源正极连接，所述三极管Q1与所述分压电阻R2的公共端与所述制动模块101连接。

制动检测模块103通过BR1点与三极管TRB驱动电压正端BR_24V构成光耦电路来检测三极管TRB是否导通，当三极管TRB导通时，BR1和母线电压负端同电位，光耦导通，发光二极管D1发光。当三极管TRB截止时BR1开路，光耦不导通，发光二极管D1熄灭。

缓冲模块107包括软启动电阻R1和开关KM1，所述软启动电阻R1一端与电源连接，另一端与所述制动模块101连接，所述开关KM1与所述软启动电阻R1并联。

变频器的制动电阻保护电路还包括用于将交流电源转换成直流电源的整流模块109，所述整流模块109输出直流电源，所述直流电源的正极与所述制动电阻RB连接，所述直流电压的负极与所述缓冲模块107连接。

变频器的制动电阻保护电路还包括滤波模块111，所述滤波模块111一端与所述制动电阻RB连接，另一端与所述制动模块101连接。

滤波模块111包括电解电容C1和电解电容C2，所述电解电容C1和所述电解电容C2串联，所述电解电容C1的正极与所述制动电阻RB连接，所述电解电容C2的负极与所述制动模块101连接。

基于上述所有实施例，变频器中，当电机处于电动状态时，三相输入交流电源经过整流桥D1整流成直流母线电压，经过TR1～TR6组成的逆变电路113逆变成幅值和频率可变的三相交流电输送给电机，带动电机电动运行。

当电机带位能负载或者电机减速时，这时电机会运行在发电状态，能量通过TR1～TR6的反并联二极管回到直流母线，导致母线电压升高，如果不采取措施，会导致变频器母线电压过高而报故障停机。一般的做法是在变频器中加入能耗制动电路，图2和图3中TRB即为制动管。BR1和BR2点为用户外接制动电阻RB连接点，当外接制动电阻RB时就构成了完整的能耗制动电路，这时如果母线电压升高到一定值，控制电路就会发出控制命令让三极管TRB导通，电流流过制动电阻RB，这样电机再生能量就会以热量的形式消耗在制动电阻RB上。当检测到母线电压值低于设定值时，控制电路会发出命令让三极管TRB截止，这时制动电阻RB上就不会有电流流过。

开关KM1和软启动电阻R1构成的上电缓冲模块107，用来限制上电瞬间母线电容充电电流。其工作原理是，变频器上电瞬间，开关KM1不吸合，变频器通过软启动电阻R1对母线电容充电。当变频器检测到母线电压到一定值时，控制开关KM1吸合将软启动电阻R1短路，变频器正常工作。在变频器中，由于软启动电阻R1只是用作上电瞬间限制充电电流，而且软启动电阻R1集成在变频器内部，因此软启动电阻R1的功率一般都比制动电阻RB要小很多。

当制动控制模块105发出开通三极管TRB的命令，但此时制动检测模块103没有检测到三极管TRB导通，则认为三极管TRB故障，变频器停止工作。这种情况不会造成制动电阻RB烧毁的危险。但是当制动控制模块105没有发出三极管TRB开通命令，但是此时制动检测模块103检测到三极管TRB导通，这说明三极管TRB失效或者电路故障，这个时候利用变频器的制动控制模块105已经不能关断三极管TRB。由于三相输入电源的存在，母线电压会一直存在，这样制动电阻RB上就会一直有电流流过，制动电阻RB持续发热，导致制动电阻RB烧毁甚至烧毁设备、引起火灾。

为防止这种极端情况的发生，因而在检测到三极管TRB短路发生后，制动控制模块105控制开关KM1断开，将软启动电阻R1串入到母线电路中。三极管TRB短路，开关KM1断开后，制动电阻RB和软启动电阻R1相当于串联。由于软启动电阻R1功率比制动电阻RB要小很多，因此软启动电阻R1先烧毁，软启动电阻R1烧毁后会断开三相输入电源，这样就可以起到保护制动电阻RB的作用，软启动电阻R1烧毁只会导致变频器损害而不会导致周边设备烧毁而引起火灾。

上述变频器的制动电阻保护电路通过制动检测模块103检测制动模块101的导通状态是否与制动控制模块105的控制指令一致，若制动控制模块105的控制指令为断开，而检测到制动模块101的状态为导通，则认为制动模块101处于短路状态，制动控制模块105控制缓冲模块107断开，从而断开制动模块101与电源的连接，避免制动电阻RB因制动模块101短路而长时间通电，发热累积而导致制动电阻RB烧毁。

请结合图5。一种变频器的制动电阻保护方法，包括以下步骤：

步骤S110，检测制动管的控制指令。

步骤S120，若当前控制指令为断开，则检测所述制动管的连接状态，其中，制动管与所述制动电阻RB串联；若所述制动管处于导通状态，则断开所述制动管的接入电源；若所述制动管处于断开状态，则所述变频器正常工作。

步骤S130，若所述当前控制指令为导通，则检测所述制动管的连接状态；若所述制动管处于导通状态，则所述变频器正常工作；若所述制动管处于断开状态，则检测所述制动管的接入端。

断开所述制动管的接入电源的具体步骤包括：

在制动电阻RB和制动管串联后的支路电路与电源之间接入缓冲电路。

在所述制动管处于短路状态时，断开所述缓冲电路。

控制指令为断开，检测所述制动管为导通时，则所述制动管短路。

上述变频器的制动电阻保护方法通过检测制动管的控制指令，在当前控制指令为断开，而制动管的连接状态为导通时，则认为制动管处于短路状态，从而断开制动管的接入电源，即断开制动管与电源的连接，避免制动电阻RB因制动管短路而长时间通电，发热累积而导致制动电阻RB烧毁。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种变频器的制动电阻保护电路，用于保护制动电阻RB因过热而烧毁，其特征在于，包括用于控制制动电阻RB的制动模块、用于检测所述制动模块导通和断开状态的制动检测模块、用于控制所述制动模块导通和断开的制动控制模块及用于连接所述制动模块与电源的缓冲模块；

所述制动模块与所述制动电阻RB串联后连接于电源的正负极之间，所述制动模块还与所述制动检测模块连接，所述制动检测模块与所述制动控制模块连接，所述制动控制模块还与所述缓冲模块连接，所述缓冲模块连接于所述制动模块与电源之间；

所述制动检测模块检测所述制动模块的导通和断开状态，并将检测的结果反馈给所述制动控制模块，所述制动控制模块用于根据当前发送给所述制动模块的控制指令和所述制动检测模块反馈的结果控制所述缓冲模块的导通和断开，其中，所述制动控制模块发送给所述制动模块的控制指令为断开，所述制动检测模块反馈的结果为导通，则所述制动控制模块控制所述缓冲模块断开，从而断开所述制动模块与电源的连接；

制动模块用于控制制动电阻RB的导通状态，在制动电阻RB过热时断开制动电阻RB与电源的连接；

所述缓冲模块包括软启动电阻R1和开关KM1，所述软启动电阻R1一端与电源连接，另一端与所述制动模块连接，所述开关KM1与所述软启动电阻R1并联；所述制动模块包括作为制动管的三极管TRB，所述三极管TRB的发射极与电源负极连接，所述三极管TRB的集电极通过制动电阻RB与电源正极连接，所述三极管TRB的基极与所述制动检测模块连接。

2.根据权利要求1所述的变频器的制动电阻保护电路，其特征在于，所述制动检测模块包括分压电阻R2、分压电阻R3和光耦合器U1，所述光耦合器U1包括发光二极管D1和三极管Q1，所述分压电阻R3一端与发光二极管D1的负极连接，另一端与所述制动电阻RB和所述制动模块的公共端连接，所述发光二极管D1的正极与电源正极连接，所述三极管Q1的发射极接地，所述三极管Q1的集电极与所述分压电阻R2的一端连接，所述分压电阻R2的另一端与电源正极连接，所述三极管Q1与所述分压电阻R2的公共端与所述制动模块连接。

3.根据权利要求1所述的变频器的制动电阻保护电路，其特征在于，还包括用于将交流电源转换成直流电源的整流模块，所述整流模块输出直流电源，所述直流电源的正极与所述制动电阻RB连接，所述直流电压的负极与所述缓冲模块连接。

4.根据权利要求1所述的变频器的制动电阻保护电路，其特征在于，还包括滤波模块，所述滤波模块一端与所述制动电阻RB连接，另一端与所述制动模块连接。

5.根据权利要求4所述的变频器的制动电阻保护电路，其特征在于，所述滤波模块包括电解电容C1和电解电容C2，所述电解电容C1和所述电解电容C2串联，所述电解电容C1的正极与所述制动电阻RB连接，所述电解电容C2的负极与所述制动模块连接。

6.一种变频器的制动电阻保护方法，包括以下步骤：

检测制动管的控制指令；

若当前控制指令为断开，则检测所述制动管的连接状态，其中，制动管与制动电阻RB串联；若所述制动管处于导通状态，则断开所述制动管的接入电源；若所述制动管处于断开状态，则所述变频器正常工作；

所述控制指令为断开，检测所述制动管为导通时，则所述制动管短路；

若所述当前控制指令为导通，则检测所述制动管的连接状态；若所述制动管处于导通状态，则所述变频器正常工作；若所述制动管处于断开状态，则检测所述制动管的接入端；

所述断开所述制动管的接入电源的具体步骤包括：

在所述制动电阻RB和所述制动管串联后的支路电路与电源之间接入缓冲电路；

在所述制动管处于短路状态时，断开所述缓冲电路。