一种检测变频器的输入端状态的装置的制作方法

1.本实用新型涉及变频器领域。更具体地，本实用新型涉及一种检测变频器的输入端状态的装置。


背景技术：

2.变频器主要由整流、滤波、逆变等单元组成，变频器的三相输入电压在缺相时，如果变频器仍然运行，直流母线电容会被反复大范围的充电，容易造成电容器损坏。在负载较轻时，即使不造成电容器的损坏，直流母线电压的纹波系数相比于正常时将会增大，造成逆变单元的开关器件的开关占空比的振荡和负载电流的振荡。而负载较重时，则可能进一步损坏整流单元，使变频器故障几率增大。如果在向变频器送电时发生缺相，单相大电流运行极易造成变频器烧毁。
3.现有的中高压变频器输入缺相检测的方法主要有三种。
4.第一种：通过使用电压互感器或者电流互感器检测输入电压或者电流信号搭配控制器确认输入高压是否发生缺相，但这种设备的体积较大，影响变频器的适用范围。
5.第二种：通过输入漏电流互感器，通过设定漏电流互感器的电流限值在一定的条件可以实现确认输入高压是否发生缺相，但这种设备仍存在体积大的问题，还容易触发误报警。
6.第三种：通过检测三相整流电路后母线直流电压的波形，控制器对直流电压脉动的波形进行分析，判断输入高压是否发生缺相。但是，当负载加重时，母线电压的波动杂乱不规律，控制器对母线电压的分析容易异常，出现误报警。
7.有鉴于此，亟需提供一种小型化、可靠且稳定的针对变频器的三相线缆输入状态进行检测的装置，以准确判断缺相和单相异常。


技术实现要素：

8.为了至少解决如上所提到的一个或多个技术问题，本实用新型提出了一种检测变频器的输入端状态的装置，包括：信号采集电路，用于采集变频器输入端各相的电流状态生成第一信号；信号分析电路，与所述信号采集电路连接，用于根据所述第一信号，判断变频器输入端的状态；变频器启停电路，用于控制变频器的启动和停止，同时生成第二信号；所述信号分析电路与所述变频器启停电路连接，用于根据所述第二信号启动或停止运行。
9.根据本实用新型的技术方案，信号分析电路的运行与变频器的启动同步，从而能够避免误判，还可以节省运算资源，保护信号分析电路的各元器件。
10.进一步的，所述信号采集电路包括电流互感器开关、继电器、光信号发生器和光信号接收器，所述电流互感器开关的通孔套设在变频器输入端单相线缆上；所述电流互感器开关的触点串联在所述继电器的输入回路；所述光信号发生器串联在所述继电器的输出回路；所述光信号接收器串联在光信号接收电路；所述光信号接收电路与所述信号分析电路连接；所述光信号接收器与所述光信号发生器光通信连接。
11.根据本实用新型的技术方案，通过电流互感器开关和继电器的组合实现高低压隔离，通过光信号发生器和光信号接收器的耦合进一步实现高低压的隔离，提高了安全性。此外，通过设置独立的光信号接收电路，保证了信号的稳定性。
12.进一步的，所述继电器采用12v、24v或36v直流电源供电。采用安全电压，进一步提高安全属性。
13.进一步的，所述继电器的输入回路中，设置有与所述光信号发生器串联的第一分压电阻。
14.通过设置第一分压电阻，为光信号发生器提供了保护。
15.进一步的，所述光信号接收电路中，设置有与所述光信号接收器串联的第二分压电阻。
16.第二分压电阻与光信号接收器形成合理的阻值匹配，使其两侧的电压信号在稳定区间内浮动。
17.进一步的，所述光信号接收电路的电源采用3.3v直流电源。
18.3.3v直流电源经过分压后，形成容易进行信号运算的弱电信号，便于精确判定单相线缆状态。
19.进一步的，所述第二信号通过控制所述信号分析电路的电源通断，控制所述信号分析电路的启动或停止运行。
20.通过对信号分析电路的上电、断电的控制，可减少对信号分析电路的元器件的损耗。
21.进一步的，所述装置还包括低通rc滤波电路，所述低通rc滤波电路设置在所述信号分析电路的输入侧，用于滤除高频噪音。
22.通过滤除信号中的高频噪音，可以提高信号分析电路的运算精度，提高单相线缆状态的判断准确程度。
23.进一步的，所述装置还包括电压钳位电路，所述电压钳位电路设置在所述信号分析电路和所述低通rc滤波电路之间。
24.钳位电路为信号信息电路提供了稳定的电压范围，对其内部元器件提供了保护。
25.进一步的，所述变频器启停电路和所述信号分析电路集成于dsp控制器内。
26.通过dsp控制器完成变频器启停控制和信号分析电路的启动和停止运行的控制，使二者同步，能够提高控制的同步率。
附图说明
27.通过参考附图阅读下文的详细描述，本实用新型示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本实用新型的若干实施方式，并且相同或对应的标号表示相同或对应的部分，其中：
28.图1示出了检测变频器的输入端状态的装置的模块示意图；
29.图2示出了信号采集电路的示意图；
30.图3示出了信号分析判断过程的示意图。
具体实施方式
31.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
32.应当理解，本实用新型的说明书和权利要求书中使用的术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
33.还应当理解，在此本实用新型说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的，而并不意在限定本实用新型。如在本实用新型说明书和权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。还应当进一步理解，在本实用新型说明书和权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
34.如在本说明书和权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当...时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。
[0035]
下面结合附图来详细描述本实用新型的具体实施方式。
[0036]
图1示出了检测变频器的输入端状态的装置的模块示意图。
[0037]
如图1所示，一种检测变频器的输入端状态的装置，包括：信号采集电路，用于采集变频器输入端各相的电流状态生成第一信号；信号分析电路，与所述信号采集电路连接，用于根据所述第一信号，判断变频器输入端的状态；变频器启停电路，用于控制变频器的启动和停止，同时生成第二信号；所述信号分析电路与所述变频器启停电路连接，用于根据所述第二信号启动或停止运行。
[0038]
变频器的三相输入端，每一端状态包括电缆中存在电流的正常状态和不存在电流的缺相状态，信号采集电路将获取线缆中是否存在电流的信息，转换成可进行运算的信号，发送至信号分析电路进行运算和分析，从而判断线缆的输入状态。
[0039]
当变频器处于停止运行状态时，三相线缆中的某一相或者两相可能为其他模块供电，例如控制模块，只需要220v的电压，取一相供电即可。在这种情况下，没有行程对变频器的威胁，此时进行电流检测，会存在误报情况。信号分析电路的运行与变频器的启动同步，从而能够避免误判。信号分析电路只在变频器运行的时间段内运行，可以节省运算资源，保护信号分析电路的各元器件。
[0040]
在本实用新型中，变频器启停电路在控制变频器启停的瞬间，生成第二信号发送至信号分析电路，使信号分析电路与变频器同步运行，从而实现检测结果与变频器相关，直接得出影响变频器安全的检测结果。
[0041]
变频器启停电路可以采用现有的变频器控制电路也可以单独设置，减小整体电路规模，本实用新型优选采用现有变频器的控制电路。
[0042]
在本实用新型中，信号分析电路存在两种状态，第一种是运行状态，第二种是休眠状态，这两种状态的切换均由第二信号触发。第二信号包含两方面的内容，其一是变频器启
动，其二是变频器停止。
[0043]
信号分析电路的上述两种状态切换的实现方式可采现有技术完成，例如通过对上电、断电的控制实现。第二信号可以是用于逻辑判断的电信号，还可以是机械触发动作，这两种方式在现有技术中均存在实现方式，本实用新型不对第二信号的具体生成和传输过程进行限定，只要其能完成信号分析电路的两种状态切换的触发即可。
[0044]
本实用新型中，对变频器的每一相线缆都单独设置信号采集电路，从而设置三路信号采集电路，各信号采集电路之间可以共用信号分析电路，也可以单独设置，优选为共用信号分析电路，可以简化电路实现装置的小型化。
[0045]
图2示出了信号采集电路的示意图。
[0046]
如图2所示，以某一相的信号采集为例，所述信号采集电路包括电流互感器开关11、继电器12、光信号发生器13和光信号接收器14，所述电流互感器开关11的通孔套设在变频器输入端单相线缆上；所述电流互感器开关的触点串联在所述继电器12的输入回路；所述光信号发生器13串联在所述继电器12的输出回路；所述光信号接收器14串联在光信号接收电路；所述光信号接收电路与所述信号分析电路连接；所述光信号接收器14与所述光信号发生器13光通信连接。
[0047]
电流互感器开关又称电流感应开关或电流开关传感器，通常包括互感线圈和开关电路、保护外壳、接线端子等组成。互感线圈的部分形成通孔，以容纳被检测的线缆。当检测到线缆中存在电流时，开关电路的接线端子之间导通或断开。开关电路的接线端子也称触点，用于外接其他电路，以控制其他电路的通断。
[0048]
继电器是利用了电磁效应来控制机械触点达到通断目的设备，例如，给带有铁芯线圈通电，线圈电流产生磁场，磁场吸附衔铁动作通断触点。通常包括输入回路和输出回路，输入回路是连接电源，控制线圈产生磁场的回路。
[0049]
在本实用新型中，将电流互感器开关的触点串联在继电器的输入回路中，以实现对继电器输入回路通断的控制。
[0050]
在继电器的输出回路中，串联电源和光信号发生器，形成光信号发射电路。当继电器的输出回路导通时，电源向光信号发生器供电，光信号发生器将电信号转化为光信号向外发射。
[0051]
光信号接收电路中包括电源和光信号接收器，光信号接收器14与光信号发生器13耦合，实现光通信，接收来自于光信号发生器13的光信号，并将其转化为电信号，传输至信号分析电路中进行运算和判断。
[0052]
光信号发生器和光信号接收器的选型可以根据需求在现有的或者将来发明的光通信元件中选择，本实用新型不予限定。
[0053]
本实用新型中，通过采用电流互感器开关进行各相的线缆中的电流的检测，可以实现高低压之间的隔离。通过采用光信号发生器和光信号接收器之间的光通信，进一步实现了高低压之间的隔离。本实用新型的这种双重隔离的结构，保护了信号分析电路的安全。光信号发射电路和光信号接收电路的电源可以相互独立，从而保证光信号接收电路的信号强度可以根据信号分析电路的要求进行设定，不受高压侧的影响，提高检测结果的稳定性。
[0054]
根据本实用新型的一个实施例，所述继电器采用12v、24v或36v直流电源供电。优选采用24v电源供电。
[0055]
本实用新型中，继电器的输入回路和输出回路可采用不同的电源供电，也可采用相同的电源供电。因为在本实用新型中，继电器的使用并非传统的小电流控制大电流的应用，而是实现电气隔离的效果。采用同一电源供电，可以减小设备的体积，实现小型化。
[0056]
如图2所示，根据本实用新型的一个实施例，所述继电器的输入回路中，设置有与所述光信号发生器13串联的第一分压电阻r03。
[0057]
第一分压电阻r03实现对光信号发生器的保护，第一分压电阻可以设置两个或两个以上，当设置两个或两个以上时，优选分别设置在光信号发生器的两侧。
[0058]
如图2所示，所述光信号接收电路中，设置有与所述光信号接收器14串联的第二分压电阻r05。
[0059]
光信号接收器14接收到光信号后，光信号接收器14饱和导通，集电极的电位由高电平变为电平。第二分压电阻r05的作用是：电路限流，实现电平的高低变化。
[0060]
根据本实用新型的一个实施例，所述光信号接收电路的电源采用3.3v直流电源。
[0061]
根据本实用新型的一个实施例，所述第二信号通过控制所述信号分析电路的电源通断，控制所述信号分析电路的启动或停止运行。
[0062]
信号分析电路可以采用现有的运算芯片，例如dsp芯片装载对应的运算程序实现。
[0063]
如图2所示，根据本实用新型的实施例，检测变频器的输入端状态的装置还包括低通rc滤波电路，所述低通rc滤波电路设置在所述信号分析电路的输入侧，用于滤除高频噪音。
[0064]
低通滤波电路由电阻r06和电容c01构建，有一个截止频率f＝1/2πrc，通过选取合适的电容电阻数值，设置截止频率，保证高频信号被滤除，低频信号可以通过，提高信号的运算准确性。
[0065]
根据本实用新型的一个实施例，检测变频器的输入端状态的装置还包括电压钳位电路，即，由钳位二极管d01构建，所述电压钳位电路设置在所述信号分析电路和所述低通rc滤波电路之间。
[0066]
所述变频器启停电路和所述信号分析电路集成于dsp控制器内。如图2所示，若光电接收器上端电阻的3.3v电压供电因为电源线路异常发生变化，电压高于3.3v或低于0v时，钳位电路可以将dsp的io的电位控制到0-3.3v，保证dsp不会因为其他电源供电异常导致损坏。
[0067]
当变频器启动时，dsp会控制变频器的驱动模块控制逆变电路，实现变频器的启动。dsp发出驱动信号后，50ms后或者在变频器的励磁阶段通过对采集到的输入电流互感器的开关的状态进行分析，确认变频器的输入供电是否发生缺相。若某一相线缆检测对应的dsp的io为低电平则判断出该相发生缺相。
[0068]
图3示出了信号分析判断过程的示意图。
[0069]
如图3所示，信号分析电路上电后，采集接收3个io口的电平信号，判断所接收到的电平信号为高电平或者低电平，基于预先设定，判断各电平信号对应的线缆状态。例如，当某相线缆对应的电平信号为低电平时，判断为缺相，当三相线缆对应的电平信号均为高电平时，判断为三相供电状态正常。
[0070]
本实用新型通过双重隔离的结构，保护了信号分析电路的安全。光信号发射电路和光信号接收电路的电源可以相互独立，从而保证光信号接收电路的信号强度可以根据信
号分析电路的要求进行设定，不受高压侧的影响，提高检测结果的稳定性。信号分析电路的运行与变频器的启动同步，能够避免误判，提高检测的准确性。
[0071]
虽然本文已经示出和描述了本实用新型的多个实施例，但对于本领域技术人员显而易见的是，这样的实施例只是以示例的方式来提供。本领域技术人员可以在不偏离本实用新型思想和精神的情况下想到许多更改、改变和替代的方式。应当理解的是在实践本实用新型的过程中，可以采用对本文所描述的本实用新型实施例的各种替代方案。所附权利要求书旨在限定本实用新型的保护范围，并因此覆盖这些权利要求范围内的等同或替代方案。

技术特征：
1.一种检测变频器的输入端状态的装置，其特征在于，包括：信号采集电路，用于采集变频器输入端各相的电流状态生成第一信号；信号分析电路，与所述信号采集电路连接，用于根据所述第一信号，判断变频器输入端各相的状态；变频器启停电路，用于控制变频器的启动和停止，同时生成第二信号；所述信号分析电路与所述变频器启停电路连接，用于根据所述第二信号启动或停止运行。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述信号采集电路包括电流互感器开关、继电器、光信号发生器和光信号接收器，所述电流互感器开关的通孔套设在变频器输入端单相线缆上；所述电流互感器开关的触点串联在所述继电器的输入回路；所述光信号发生器串联在所述继电器的输出回路；所述光信号接收器串联在光信号接收电路；所述光信号接收电路与所述信号分析电路连接；所述光信号接收器与所述光信号发生器光通信连接。3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述继电器采用12v、24v或36v直流电源供电。4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述继电器的输入回路中，设置有与所述光信号发生器串联的第一分压电阻。5.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述光信号接收电路中，设置有与所述光信号接收器串联的第二分压电阻。6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述光信号接收电路的电源采用3.3v直流电源。7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述信号分析电路与所述变频器启停电路的连接方式设置为，使所述第二信号通过控制所述信号分析电路的电源通断，控制所述信号分析电路的启动或停止运行。8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括低通rc滤波电路，所述低通rc滤波电路设置在所述信号分析电路的输入侧，用于滤除高频噪音。9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，还包括电压钳位电路，所述电压钳位电路设置在所述信号分析电路和所述低通rc滤波电路之间。10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述变频器启停电路和所述信号分析电路集成于dsp控制器内。

技术总结
本实用新型公开了一种检测变频器的输入端状态的装置，包括信号采集电路，用于采集变频器输入端各相的电流状态生成第一信号；信号分析电路，与信号采集电路连接，用于根据第一信号判断变频器输入端的状态；变频器启停电路，用于控制变频器的启动和停止，同时生成第二信号；信号分析电路与变频器启停电路连接，用于根据第二信号启动或停止运行。本实用新型中信号分析电路的运行与变频器的启动同步，能够避免误判，提高检测的准确性。提高检测的准确性。提高检测的准确性。


技术研发人员：王永炜 崔志鹏 房展辉 吉双章 翟玉栋 程涛
受保护的技术使用者：青岛中加特电气股份有限公司
技术研发日：2023.02.28
技术公布日：2023/8/17