CN107317485B - 用于控制功率转换装置的操作的设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于控制包括整流器部件、初始充电部件、DC链部件和逆变器部件的功率转换装置的操作的设备。所述设备包括：控制部件，其被配置为在用于DC链部件的初始充电期间如果DC链部件的DC链电压超过第一参考电压则驱动并联连接到初始充电部件的初始充电电阻器的继电器；继电器监视部件，其被配置为当驱动继电器时监视是否正常操作继电器；以逆变器驱动部件，其被配置为如果通过参照继电器监视部件的监视的结果来确定了未正常操作继电器则停止逆变器的驱动。

Description

用于控制功率转换装置的操作的设备
技术领域
本发明涉及一种用于控制功率转换装置例如逆变器或者转换器的的操作的设备。
背景技术
逆变器和转换器代表功率转换装置。逆变器是将AC功率转换成DC功率且然后当被供给负载例如电机时再次将DC功率转换成AC功率的装置。逆变器用于各种产品例如风扇、泵、升降机、输送机、产品线等。用于电机驱动的通用逆变器通过整流器将三相AC功率转换成DC功率，将DC功率存储在DC链部件的电容器，且然后通过逆变器部件将所存储的DC功率转换成AC功率。
逆变器是将输入的AC或DC功率转换成DC功率的功率转换装置。转换器以与转换器类似的方式转换功率，且也在工业中以各种方式被利用。
图1是示出传统功率转换装置的配置的视图。
参照图1，功率转换装置例如逆变器104从电源102接收三相AC功率且通过整流器部件108将其转换成DC功率。所获得的DC功率被存储在DC链部件116的电容器中且通过逆变器部件120被转换成具有预定频率的AC功率。因此所获得的AC功率被供给负载106例如电机。
图1中示出的逆变器104通过根据使用在逆变器部件120中包括的开关元件T1到T6输出的PWM(脉宽调制)改变电压和频率而控制负载106的驱动速度。
初始充电部件110被施加于逆变器***，如图1所示。初始充电部件110被提供以防止由于输入到逆变器104的浪涌电流而出现过流，从而防止元件的介质击穿。初始充电部件110的初始充电电阻器112仅在最初对逆变器104上电时操作。在完成初始充电操作之后，初始充电部件110通过初始充电电阻器112切换电流到继电器114的流动以防止不必要的功率损失。
根据传统功率转换装置，如图1所示的控制器10用于控制逆变器104的这种操作。控制器110包括控制部件12和逆变器驱动部件14。
当最初对逆变器10上电时，随着AC功率从电源102被施加到逆变器10，控制部件12控制流过初始充电电阻器112的电流，由此用电压对DC链部件116的电容器进行充电。在该初始充电操作期间，控制部件12测量DC链部件116的电压Vdc且确定所测量的电压Vdc是否超过预设参考电压。如果所测量的电压Vdc未超过预设参考电压，则控制部件12生成低电压跳闸(LVT)以限制在初始充电部件110中包括的继电器114的操作。
以供参考，本文中使用的术语“低电压跳闸(LVT)”意味着指示DC链部件116的电压Vdc未超过预设参考电压的信号。控制部件12可以通过LVT信号来通知继电器114或其它部件DC链部件116的电压Vdc未超过预设参考电压。换言之，在接收到LVT信号时，继电器114或其它模块可以识别DC链部件116的电压Vdc未超过预设参考电压。
如果所测量的电压Vdc超过预设参考电压，则控制部件12释放LVT以驱动继电器114。因此，电流被流入到继电器114而不是最初充电电阻器112。
在释放LVT之后，控制部件12控制逆变器驱动部件14来生成PWM信号以驱动逆变器104。
然而，根据该传统技术，如果由于异常的出现而未正常驱动继电器114，则尽管通过控制部件12释放LVT，但是电流继续流过初始充电电阻器112。此时，如果连接到逆变器104的负载106可以仅用流过初始充电电阻器112的较小电流来驱动，则DC链部件116的电压Vdc未低于预设参考电压。因此，即使继电器114中出现异常，用户不能检测继电器114的异常。以这种方式，当电流继续流过初始充电电阻器112时甚至在结束最初充电操作之后，继电器114可能由于过热而损坏，这可以导致不可能使用功率转换装置。
发明内容
本发明的一个方面在于提供一种用于控制功率转换装置的操作的设备，其能够通过正确地检测在功率转换装置中包括的继电器的异常的出现而减小功率转换装置的故障率且增加产品可靠性。
本发明的另一个方面在于提供一种用于控制功率转换装置的操作的设备，其能够用简单算法和低成本来正确地检测在功率转换装置中包括的继电器的异常的出现。
本发明不限于以上方面，并且本发明的其它方面将从以下描述中由本领域的那些技术人员清楚理解。本发明的上述和/或其他方面和优点将结合附图从实施例的以下描述中变得显而易见且更容易理解。应当理解的是本发明的目的和优点可以通过权利要求中给出的特征及其组合来实现。
根据本发明的一个方面，提供一种用于控制包括整流器部件、初始充电部件、DC链部件和逆变器部件的功率转换装置的操作的设备，包括：控制部件，其被配置为在用于DC链部件的初始充电期间如果DC链部件的DC链电压超过第一参考电压则驱动并联连接到初始充电部件的初始充电电阻器的继电器；继电器监视部件，其被配置为当驱动继电器时监视是否正常操作继电器；以逆变器驱动部件，其被配置为如果通过参照继电器监视部件的监视的结果来确定了未正常操作继电器则停止逆变器的驱动。
根据本发明，可以通过正确地检测在功率转换装置中包括的继电器的异常的出现而减小功率转换装置的故障率且增加产品可靠性
根据本发明，可以用简单算法和低成本来正确地检测在功率转换装置中包括的继电器的异常的出现。
附图说明
图1是示出传统功率转换装置的配置的视图。
图2是示出根据本发明的一个实施例的功率转换装置和用于控制功率转换装置的操作的设备的配置的视图。
图3是示出根据本发明的一个实施例的用于控制功率转换装置的操作的设备的继电器监视部件的电路图。
图4是根据本发明的一个实施例的用于控制功率转换装置的操作的方法的流程图。
图5是当在本发明的一个实施例中正常操作继电器时产生的一些信号的时序图。
图6是当在本发明的一个实施例中在继电器中出现异常时产生的一些信号的时序图。
具体实施方式
上面目的、特征和优点将结合附图从以下详细描述中变得更清楚地明显的。因此，本发明的技术构思能够容易地由本领域技术人员实施。在本发明的以下详细描述中，如果认为功能和/或结构可以不必要地使本发明的要旨模糊不清，则将省略关于有关功能或结构的具体描述。在下文中，将参考附图详细描述本发明的优选实施例。在附图中，相同的附图标记被给予相同的或相似的部件。
图2是示出根据本发明的一个实施例的功率转换装置和用于控制功率转换装置的操作的设备的配置的视图。
在下文中，将用于逆变器来示出功率转换装置。以供参考，在图2中，虽然用逆变器204来示出功率转换装置，但是用于控制本发明的功率转换装置的操作的设备可以施加于转换器而不是逆变器。
参照图2，功率抓换装置例如逆变器204从电源202接收三相AC功率且通过整流器部件208将其转换成DC功率。所获得的DC功率被存储在DC链部件216的电容器中且通过逆变器部件220被转换成具有预定频率的AC功率。因此所获得AC功率被供给负载206例如电机。
图2中示出的逆变器204通过根据使用在逆变器部件120中包括的开关元件T1到T6输出的PWM(脉宽调制)改变电压和频率而控制负载106的驱动速度。
初始充电部件210被施加于逆变器***，如图2所示。初始充电部件210被提供以防止由于输入到逆变器204的浪涌电流而出现过流，从而防止元件的介质击穿。初始充电部件210的初始充电电阻器212仅在最初对逆变器204上电时操作。在完成初始充电操作之后，初始充电部件210通过初始充电电阻器212切换电流到继电器214的流动以防止不必要的功率损失。
参照图2，根据本发明的一个实施例的用于控制功率转换装置的操作的设备20包括控制部件22、继电器监视部件24和逆变器驱动部件16。此外，虽然在图2中未示出，但是根据本发明的一个实施例的用于控制功率转换装置的操作的设备20还可以包括跳闸发生器(未示出)。
控制部件22控制输入到初始充电部件210的电流流过初始充电电阻器212和继电器214中的一个。为此，控制部件22可以通过继电器操作信号(MC)驱动继电器214。如果控制部件22未施加继电器操作信号(MC)，则未驱动继电器214且输入到初始充电部件210的电流流过初始充电电阻器212。如果控制部件22施加继电器操作信号(MC)，则驱动继电器且输入到初始充电部件210的电流流过继电器214。
在本发明的一个实施例中，控制部件22可以在DC链部件216期间监视(或者测量)DC链部件216的电压Vdc。如果所测量的电压Vdc超过预设第一参考电压，则控制部件22驱动并联连接到初始充电部件210的初始充电电阻器212的继电器214。
当控制部件22驱动继电器214时，继电器监视部件24监视是否正常操作继电器214。在本发明的一个实施例中，如果正常操作继电器214，则继电器监视部件24输出第一监视信号(例如高电平的信号)。否则，继电器监视部件24输出第二监视信号(例如低电平的信号)。
控制部件22基于从继电器监视部件24输出的监视信号来确定是否正常操作继电器214。如果确定了未正常操作继电器214，则控制部件22将继电器故障信号(MCT)发送到逆变器驱动部件26。在接收继电器故障信号(MCT)时，逆变器驱动部件26通过未施加PWM信号到在逆变器部件220中包括的开关元件T1到T6的门而停止驱动逆变器部件220。相反地，在未接收继电器故障信号(MCT)时，逆变器驱动部件26通过施加PWM信号到在逆变器部件220中包括的开关元件T1到T6的门而驱动逆变器部件220。
如果基于通过继电器监视部件24的监视的结果而确定了未正常操作继电器214，则跳闸发生器(未示出)递送跳闸信息到用户。例如，跳闸发生器(未示出)可以通过用户终端的显示器递送跳闸信息到用户来通知用户继电器214的异常。此外，跳闸发生器(未示出)可以通过用户终端的扬声器发出声音来通知用户继电器214的异常。
在下文中，将参照图2到图4详细描述根据本发明的一个实施例的用于控制功率转换装置的操作的设备和方法。
图4是根据本发明的一个实施例的用于控制功率转换装置的操作的方法的流程图。
参照图4，首先，控制部件22驱动电源202以将功率施加于逆变器204(402)。因此，从整流器部件208输出的功率经由初始充电部件210被存储在DC链部件216的电容器中。该过程继续直到DC链路部件216的电压Vdc超过预设第一参考电压为止，这也称为“初始充电操作”。在该初始充电操作中，控制部件22未驱动继电器214且电流流过初始充电电阻器212。
再次参照图4，在初始充电操作中，控制部件22确定DC链电压Vdc是否超过预设第一参考电压(404)。以供参考，用户可以任意设置第一参考电压。
如果确定了DC链电压Vdc未超过第一参考电压(在404中的否)，则控制部件22通过生成低电压跳闸(LVT)来防止驱动继电器214。因此，电流继续流过初始充电电阻器212。
如果确定了DC链电压Vdc超过第一参考电压(在404中的是)，控制部件22释放低电压跳闸(LVT)。因此，将继电器操作信号(MC)递送到继电器214且驱动继电器214(406)。此时，电流流过继电器214而不是初始充电电阻器212。
当驱动继电器214时，继电器监视部件24监视实际上是否正常操作继电器214(408)。在本发明的一个实施例中，如果跨初始充电电阻器212测量的电压超过预设第二参考电压，则继电器监视部件24输出第一监视信号。否则，继电器监视部件24输出第二监视信号。以供参考，用户可以任意设置第二参考电压。以这种方式，控制部件22可以通过参照由继电器监视部件24输出的监视信号(MCM)即第一监视信号或第二日监视信号来确定是否正常操作继电器214。
在本发明的另一个实施例中，继电器监视部件24可以基于初始充电电阻器212的电阻来设置第二参考电压。更具体地，继电器监视部件可以设置第二参考电压与初始充电电阻器212的电阻成反比。因此，继电器监视部件214可以考虑甚至当正常驱动继电器214时因为由于初始充电电阻器212的较小电阻而流动较小电流施加电压的情况来设置第二参考电压。
图3是示出根据本发明的一个实施例的用于控制功率转换装置的操作的设备的继电器监视部件的电路图。
参照图3，根据本发明的一个实施例的用于控制功率转换装置的操作的设备的继电器监视部件包括并联连接到初始充电电阻器212的限流电阻器R1和串联连接到限流电阻器R1的光耦合器302。在图3中示出的输入端子P1和输入端子P2分别连接到初始充电电阻器212的两端，如图2所示。
基于在通过输入端子P1和输入端子P2跨初始充电电阻器212测量的电压和通过输入端子P3输出的第二参考电压之间的比较的结果，光耦合器302通过输出端子304输出第一监视信号(例如高电平信号)或第二监视信号(例如低电平信号)。以供参考，用户可以任意设置第二参考电压。
如果电流流过继电器214，则这意味着没有电流流过初始充电电阻器212。在该情况下，跨初始充电电阻器212的电压变为0V，其小于第二参考电压。因此，图3的光耦合器302被关闭且第一监视信号(例如高电平信号)通过输出端子304输出。
如果尽管驱动继电器214而没有电流流过初始充电电阻器212，则这意味着电流流过初始充电电阻器212。在该情况下，跨初始充电电阻器212的电压超过第二参考电压。因此，图3的光耦合器302打开且第二监视信号(例如低电平信号)通过输出端子304输出。
以这种方式，通过参考通过输出端子304输出的监视信号，当驱动继电器214时，控制部件22可以确定电流实际上是否流过继电器214。
特别地，在图3的实施例中，可以通过使用光耦合器302而将通过输入端子P3输入的功率与通过电源202输入的功率隔离。
再次参照图4，控制部件22通过参考从继电器监视部件24输出的监视信号来确定是否正常操作继电器214(410)。
如果确定了未正常操作继电器214(在410中的否)，则控制部件22将继电器故障信号(MCT)递送到逆变器驱动部件26。在接收继电器故障信号(MCT)时，逆变器驱动部件26通过未施加PWM信号到在逆变器部件220中包括的开关元件T1到T6的门来停止驱动逆变器部件220。
如果确定了正常操作继电器214(在410中的是)，则控制部件22未将继电器故障信号(MCT)递送到逆变器驱动部件26。在未接收继电器故障信号(MCT)时，逆变器驱动部件26通过施加PWM信号到在逆变器部件220中包括的开关元件T1到T6的门来驱动逆变器部件220。
此外，虽然在图4中未示出，但是如果通过参照通过继电器监视部件24的监视的结果来确定了未正常操作继电器214，则跳闸发生器(未示出)递送跳闸信息到用户。例如，跳闸发生器(未示出)可以通过用户终端的显示器递送跳闸信息到用户来通知用户继电器214的异常。此外，跳闸发生器(未示出)可以通过用户终端的扬声器发出声音来通知用户继电器214的异常。
图5是当在本发明的一个实施例中正常操作时产生的一些信号的时序图。
如果在控制部件22从电源202施加功率之后DC链电压Vdc超过第一参考电压，则释放低电压跳闸(LVT)(502)。当释放低电压跳闸(LVT)时，则控制部件22递送继电器操作信号(MC)到继电器214(504)。因此，开始操作继电器214。
当根据继电器操作信号(MC)正常操作继电器214时，电流流过继电器214而不是初始充电电阻器212。因此，继电器监视部件24输出高电平信号即第一监视信号作为监视信号(MCM)(506)。由于检测到正常操作继电器214，所以控制部件22未输出继电器故障信号(MCT)(508)。
图6是当在本发明的一个实施例中在继电器中出现异常时产生的一些信号的时序图。
如果在控制部件22从电源202施加功率之后DC链电压Vdc超过第一参考电压，则释放低电压跳闸(LVT)(602)。当释放低电压跳闸(LVT)时，则控制部件22递送继电器操作信号(MC)到继电器214(604)。因此，开始操作继电器214。
如果虽然递送了继电器操作信号(MC)但是未正常操作继电器214，则电流流过初始充电电阻器212而不是继电器214。因此，继电器监视部件24输出低电平信号即第二监视信号作为监视信号(MCM)(606)。由于检测到未正常操作继电器214，所以控制部件22输出继电器故障信号(MCT)(608)。因此，停止驱动逆变器部件220。
虽然参照本发明的示例性实施例具体地示出且描述本发明，但是本领域的技术人员将理解可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出形式和细节上的各种变化。出于示出本发明的目的而非限制来提供示例性实施例。因此，旨在本发明覆盖本发明的修改和变化，假设它们属于所附权利要求及其等同物的范围内。

Claims (3)

1.一种用于控制包括整流器部件、初始充电部件、DC链部件和逆变器部件的功率转换装置的操作的设备，包括：
控制部件，其被配置为在用于所述DC链部件的初始充电期间，如果所述DC链部件的DC链电压超过第一参考电压，则驱动并联连接到所述初始充电部件的初始充电电阻器的继电器；
继电器监视部件，其被配置为与所述初始充电电阻器的电阻对应地设置第二参考电压，当驱动所述继电器时，基于所述第二参考电压和所述初始充电电阻器的电压监视是否正常操作所述继电器；以及
逆变器驱动部件，其被配置为如果通过参照所述继电器监视部件的监视的结果确定了未正常操作所述继电器，则停止所述逆变器部件的驱动；
所述设备的特征在于，
所述继电器监视部件包括：
限流电阻器，其连接到所述初始充电电阻器；以及
光耦合器，其连接到所述限流电阻器；
其中，所述继电器监视部件被配置为设置第二参考电压与所述初始充电电阻器的电阻成反比，
其中，如果跨所述初始充电电阻器测量的电压超过第二参考电压，则所述继电器监视部件输出第一监视信号，且如果跨所述初始充电电阻器测量的电压未超过第二参考电压，则所述继电器监视部件输出第二监视信号；
所述第一监视信号使所述光耦合器关闭以使所述继电器正常操作，所述第二监视信号使所述光耦合器打开以使所述继电器不正常操作。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述控制部件通过所述初始充电电阻器执行用于所述DC链部件的初始充电操作。
3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，还包括跳闸发生器，其被配置为如果通过参照所述继电器监视部件的监视的结果而未正常操作所述继电器则通过用户终端递送跳闸信息到用户来通知用户所述继电器的异常。
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