技术领域
[0001] 本实用新型涉及电
力电子技术领域，具体涉及一种变频器。
背景技术
[0002] 变频器是将工频电源(50Hz/60Hz)变换成各种
频率的交流电源，以实现
电机的变速运行的关键设备。变频器可降低电力线路
电压波动，减少对
电网的冲击，避免了峰谷差值过大问题，还可控制电机的启动
电流，降低了电机的维护成本；
[0003] 随着变频器技术的越发成熟，可靠的保护功能成为变频器的核心竞争力。目前市场上变频器的电机接地故障保护是变频器运行后(变频器的运行过程中)通过对
三相电流检测判断是否过流进行保护的。这就存在了一个问题：在变频器运行后检测电流即使实现了电机接地故障保护，对IGBT 的损害还是比较大，次数多了会造成IGBT失效，甚至存在保护不及时直接损坏IGBT(绝缘栅双极型晶体管)的情况。而且现有的小功率变频器并不设有接地故障保护。
发明内容
[0004] 本实用新型的目的在于克服
现有技术的
缺陷，提供一种变频器，其
电路结构简单，能高效精准的判断出电机是否发生
短路故障，且不对变频器的IGBT电路造成损坏。
[0005] 为实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：
[0006] 一种变频器，包括IGBT电路、充电
电阻以及与充电电阻并联的继电器， IGBT电路包括U相IGBT单元、V相IGBT单元和W相IGBT单元，每相IGBT 单元均包括IGBT上桥Q1和IGBT下桥Q2，U相IGBT单元、V相IGBT单元和W相IGBT单元分别与电机的U相的线圈绕组、V相的线圈绕组和W相的线圈绕组相连；每个所述IGBT上桥Q1的栅极G均与一个光耦PC1的输出端相连，每个IGBT下桥Q2的栅极G均与一个光耦PC2的输出端相连，光耦PC1和光耦PC2的输入端均与
单片机的输出端相连，U相IGBT单元、V 相IGBT单元、W相IGBT单元的IGBT上桥Q1和IGBT下桥Q2之间的
节点各通过一个电流
传感器HL1与电机的U相的线圈绕组、V相的线圈绕组、W相的线圈绕组相连，电流传感器HL1与单片机相连；
[0007] 所述变频器上电且待继电器吸合后：
[0008] 所述单片机依次使U相IGBT单元的IGBT上桥Q1、V相IGBT单元的IGBT 上桥Q1和W相IGBT单元的IGBT上桥Q1导通时间t，0＜t＜10μs，各相的电流传感器HL1分别获取U相IGBT单元、V相IGBT单元和W相IGBT单元的输出电流，单片机并依据各相的输出电流，分别判断电机的U相的线圈绕组、V相的线圈绕组和W相的线圈绕组是否发生接地短路故障；
[0009] 或者，所述单片机同时使U相IGBT单元的IGBT上桥Q1、V相IGBT单元的IGBT上桥Q1和W相IGBT单元的IGBT上桥Q1导通时间t，0＜t＜10μ s，在时间t内，各相的电流传感器HL1分别获取U相IGBT单元、V相IGBT 单元和W相IGBT单元的输出电流，单片机依据各相的输出电流，判断电机是否发生接地短路故障；
[0010] 或者，所述单片机同时使U相IGBT单元的IGBT下桥Q2、V相IGBT单元的IGBT下桥Q2和W相IGBT单元的IGBT下桥Q2导通时间t，0＜t＜10μ s，在时间t内，各相的电流传感器HL1分别获取U相IGBT单元、V相IGBT 单元和W相IGBT单元的输出电流，单片机依据各相的输出电流，判断电机是否发生接地短路故障。
[0011] 优选的，所述单片机包括输出端DV+和输出端DV-，光耦PC1的发光
二极管的
阳极、
阴极分别与输出端DV+和输出端DV-相连，光耦PC2的
发光二极管的阳极、阴极分别与输出端DV-和输出端DV+相连。
[0012] 优选的，所述变频器上电后，单片机通过输出端DV+、输出端DV-分别输出低电平，待继电器吸合后：
[0013] 所述单片机通过输出端DV+输出高电平且通过输出端DV-输出低电平，则光耦PC1导通，使IGBT上桥Q1导通；
[0014] 所述单片机通过输出端DV+输出低电平且通过输出端DV-输出高电平，则光耦PC2导通，使IGBT下桥Q2导通。
[0015] 优选的，每个所述IGBT上桥Q1的栅极G通过一个电阻R1与一个光耦 PC1的输出端相连，每个IGBT上桥Q1的栅极G通过一个电阻R2与该IGBT 上桥的发射极E相连，每个IGBT下桥Q2的栅极G通过一个电阻R3与一个光耦PC2的输出端相连，每个IGBT下桥Q2的栅极G通过一个电阻R4与该 IGBT下桥的发射极E相连；同一IGBT单元的IGBT上桥Q1的发射极E与 IGBT下桥Q2的集
电极C相连。
[0016] 优选的，所述电流传感器HL1分别通过电容C1、电容C2接地。
[0017] 优选的，所述单片机包括输出端DV+、输出端DV-和I/O端；每个光耦 PC1的发光二极管的阳极、阴极分别与输出端DV+、输出端DV-相连，每个光耦PC1的第8脚均与VP+15V电源相连，每个光耦PC1的第5脚均与VP-10V 电源相连，每个光耦PC1的第6脚和第7脚相连且通过一个电阻R1与一个 IGBT上桥Q1的栅极G相连；每个光耦PC2的发光二极管的阳极、阴极分别与输出端DV-、输出端DV+相连，每个光耦PC2的第8脚均与VP+15V电源相连，每个光耦PC2的第5脚均与VP-10V电源相连，每个光耦PC2的第6 脚和第7脚相连且通过一个电阻R3与一个IGBT下桥Q2的栅极G相连；每个IGBT上桥Q1的发射极E均通过一个电阻R2与该IGBT上桥Q1的栅极G 相连，每个IGBT上桥Q1的发射极E均与接地VPGND相连，每个IGBT上桥 Q1的集电极C均与变频器主电路的正极相连；每个IGBT下桥Q2的发射极 E均通过一个电阻R4与该IGBT下桥Q2的栅极G相连，每个IGBT下桥Q2 的发射极E均与接地VDGND相连，每个IGBT下桥Q2的发射极E均与变频器主电路的负极相连；同一IGBT单元的IGBT上桥Q1的发射极E与IGBT 下桥Q21的集电极C相连，且同一IGBT单元的IGBT上桥Q1和IGBT下桥 Q2的节点与一个电流传感器HL1的第6脚相连，每个电流传感器HL1的第 5脚与电机相连，每个电流传感器HL1的第1脚通过电容C1接地且与-15V 电源相连，每个电流传感器HL1的第3脚通过电容C2接地且与+15V电源相连，每个电流传感器HL1的第4脚与单片机的I/O端相连，每个电流传感器HL1的第
2脚接地。
[0018] 优选的，还包括与单片机相连的接地故障报警结构，单片机检测到电机的接地短路故障时，接地故障报警结构发出报警
信号；所述变频器还包括接地故障保护装置，单片机检测到电机的接地短路故障时，触发接地故障保护装置，切断电路。
[0019] 本实用新型的变频器，其电路结构简单，判断过程高效，在变频器上电且继电器吸合后，通过单片机控制各相IGBT单元的IGBT上桥Q1依次导通时间t，或控制各相IGBT单元的IGBT上桥Q1同时导通时间t，或控制各相IGBT单元的IGBT下桥Q2同时导通时间t，且0＜t＜10μs，并通过与各相IGBT单元
串联的电流传感器HL1测得各相IGBT单元的输出电流，由单片机依据各相IGBT单元的输出电流判断电机是否存在接地故障，由于各相IGBT单元导通时间t被严格控制在10μs以内，即使电机存在短路故障，由于各相IGBT单元被导通的时间t很短，因此并不会对各相IGBT单元造成损坏，有利于延长变频器的使用寿命，而且单片机直接以各相IGBT 单元的输出电流为判断依据，保证了判断结果的准确性；进一步的，所述单片机控制各相IGBT单元的IGBT上桥Q1依次导通时间t，并由电流传感器HL1依次测得各相IGBT单元的输出电流并分别传输给单片机，由单片机依据各相IGBT单元的输出电流判断电机的各相的线圈绕组是否存在短路故障，有利于更加准确的判断电机故障的所在
位置，为检修维护人员提供便利，提高检修维护效率。
附图说明
[0020] 图1是本实用新型变频器的结构示意图。
具体实施方式
[0021] 以下结合附图1给出的
实施例，进一步说明本实用新型的变频器的具体实施方式。本实用新型的变频器不限于以下实施例的描述。
[0022] 本实用新型的变频器，包括IGBT电路、充电电阻以及与充电电阻并联的继电器，IGBT电路包括U相IGBT单元、V相IGBT单元和W相IGBT单元，每个IGBT单元均包括IGBT上桥Q1和IGBT下桥Q2；每个所述IGBT上桥的栅极G均与一个光耦PC1的输出端相连，每个IGBT下桥Q2的栅极G均与一个光耦PC2的输出端相连，光耦PC1和光耦PC2的输入端均与单片机的输出端相连，U相IGBT单元、V相IGBT单元、W相IGBT单元的IGBT上桥 Q1和IGBT下桥Q2的之间的节点各通过一个电流传感器HL1与电机的U相的线圈绕组、V相的线圈绕组、W相的线圈绕组相连，电流传感器HL1与单片机相连；
[0023] 所述变频器上电且待继电器吸合后：
[0024] 所述单片机控制各相的光耦PC1依次导通且控制各相的光耦PC2保持关断，使各相IGBT单元的IGBT上桥Q1依次导通时间t且各相IGBT单元的IGBT下桥Q2保持关断，0＜t＜10μs，各相的电流传感器HL1分别检测各相IGBT的输出电流，并将检测的电流
信号传输给单片机，单片机依据电流信号判断电机的各相的线圈绕组是否发生接地短路；
[0025] 或者，所述单片机控制各相的光耦PC1同时导通且控制各相的光耦PC2 保持关断，使各相IGBT单元的IGBT上桥Q1同时导通时间t，0＜t＜10μs，在时间t内，各相的电流传感器HL1分别检测各相IGBT单元的输出电流，并分别将检测到的各相的电流信号传输给单片机，单片机依据各相的电流信号判断电机是否发生接地短路故障；
[0026] 或者，所述单片机控制各相的光耦PC2同时导通且控制各相的光耦PC1 保持关断，使各相IGBT单元的IGBT下桥Q2同时导通时间t，0＜t＜10μs，在时间t内，各相的电流传感器HL1分别检测各相IGBT单元的输出电流，并分别将检测到的电流信号传输给单片机，单片机依据各相的电流信号判断电机是否发生接地短路故障。
[0027] 本实用新型的变频器，其电路结构简单，判断过程高效，在变频器上电且继电器吸合后，通过单片机控制各相IGBT单元的IGBT上桥Q1依次导通时间t，或控制各相IGBT单元的IGBT上桥Q1同时导通时间t，或控制各相IGBT单元的IGBT下桥Q2同时导通时间t，且0＜t＜10μs，并通过与各相IGBT单元串联的电流传感器HL1测得各相IGBT单元的输出电流，由单片机依据各相IGBT单元的输出电流判断电机是否存在接地故障，由于各相IGBT单元导通时间t被严格控制在10μs以内，即使电机存在短路故障，由于各相IGBT单元被导通的时间t很短，因此并不会对各相IGBT单元造成损坏，有利于延长变频器的使用寿命，而且单片机直接以各相IGBT 单元的输出电流为判断依据，保证了判断结果的准确性；进一步的，所述单片机控制各相IGBT单元的IGBT上桥Q1依次导通时间t，并由电流传感器HL1依次测得各相IGBT单元的输出电流并分别传输给单片机，由单片机依据各相IGBT单元的输出电流判断电机的各相的线圈绕组是否存在短路故障，有利于更加准确的判断电机故障的所在位置，为检修维护人员提供便利，提高检修维护效率。
[0028] 本实用新型的变频器，其判断变频器中电机接地故障一种方式如下，以变频器V相为例：当电机的V相的线圈绕组发生接地短路故障时，该相 (中流过的短路电流会快速上升至变频器额定电流的2.5倍以上，该相上的电流传感器HL1将短路电流转换成电压信号，并将电压信号与设定的
阈值电压进行比较，若电流传感器HL1输出的电压信号＞设定的阈值电压，则向单片机输出低电平信号，则单片机判定电机发生接地短路故障，并触发接地短路故障保护。优选的，电压信号与阈值电压比较可以通过比较器进行比较，也可以传输给单片机进行比较。需要指出的是，当IGBT单元的各IGBT下桥依次导通时的阈值电压，与IGBT单元的各IGBT上桥同时导通或各IGBT下桥同时导通的阈值电压不同。
[0029] 优选的，所述导通时间t的取值，可以通过单片机本身的计时控制功能实现，也可以通过外设的计时控制电路实现。
[0030] 优选的，如图1所示，所述单片机包括输出端DV+和输出端DV-，光耦 PC1的发光二极管的阳极、阴极分别与输出端DV+和输出端DV-相连，光耦 PC2的发光二极管的阳极、阴极分别与输出端DV-和输出端DV+相连。进一步的，所述变电器上电后，单片机通过输出端DV+、输出端DV-分别输出低电平，待继电器吸合后：所述单片机通过输出端DV+输出高电平且通过输出端DV-输出低电平，则光耦PC1导通，使IGBT上桥Q1导通；所述单片机通过输出端DV+输出低电平且通过输出端DV-输出高电平，则光耦PC2导通，使IGBT下桥Q2导通。
[0031] 优选的，所述单片机可以是变频器的固有结构，即变频器自带的单片机，也可以是外设的单片机。
[0032] 优选的，如图1所示，每个所述IGBT上桥Q1的栅极G通过一个电阻 R1与一个光耦PC1的输出端相连，每个IGBT上桥Q1的栅极G通过一个电阻R2与该IGBT上桥Q1的发射极E相连，每个IGBT下桥Q2的栅极G通过一个电阻R3与一个光耦PC2的输出端相连，每个IGBT下桥Q2的栅极G通过一个电阻R4与该IGBT下桥发射极E相连；同一IGBT单元的IGBT上桥Q1的发射极E与IGBT下桥Q2的集电极C相连。所述电阻R1、电阻R3为驱动电阻，电阻R2、电阻R4为放电电阻。
[0033] 优选的，如图1所示，所述电流传感器HL1分别通过电容C1、电容C2 接地，电容C1和电容C2为去耦电容。
[0034] 如图1所示，为本实用新型变频器的一种实施方式。需要说明的是，实施例中指的光耦PC1、光耦PC2、电流传感器HL1的第几管脚，其为一个
接口名称，指各芯片或结构的一个输入或输出接口，并非特指顺序必须为第几的管脚。
[0035] 本实用新型的变频器，其包括IGBT电路、充电电阻以及与充电电阻并联的继电器。
[0036] 需要指出的，所述变频器还包括整流滤波电路以及包括充电电阻的充放电电路，这些电路均可以采用现有技术的电路结构，在此不再详述。
[0037] 本实用新型变频器包括U、V、W三相相同的电路，每相的电路均包括光耦PC1、光耦PC2、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、IGBT单元、电流传感器HL1，每个IGBT单元均包括IGBT上桥Q1和IGBT下桥Q2，其中U 相IGBT单元通过一个电流传感器HL1与电机的U相的线圈绕组相连，V相 IGBT单元通过一个电流传感器HL1与电机的V相的线圈绕组相连，W相IGBT 单元通过一个电流传感器HL1与电机的W相的线圈绕组相连；本实用新型的变频器还包括单片机。
[0038] 如图1所示，所述单片机包括输出端DV+、输出端DV-和I/O端；每个光耦PC1的发光二极管的阳极、阴极分别与输出端DV+、输出端DV-相连，每个光耦PC1的第8脚均与VP+15电源相连，每个光耦PC1的第5脚均与 VP-10V电源相连，每个光耦PC1的第6脚和第7脚相连且通过一个电阻R1 与一个IGBT上桥Q1的栅极G相连；每个光耦PC2的发光二极管的阳极、阴极分别与输出端DV-、输出端DV+相连，每个光耦PC2的第8脚均与VP+15V 电源相连，每个光耦PC2的第5脚均与VP-10V电源相连，每个光耦PC2的第6脚和第7脚相连且通过一个电阻R3与一个IGBT下桥Q2的栅极G相连；每个IGBT上桥Q1的发射极E均通过一个电阻R2与该IGBT上桥Q1的栅极 G相连，每个IGBT上桥Q1的发射极E均与接地VPGND相连，每个IGBT上桥Q1的集电极C均与变频器主电路正极相连；每个IGBT下桥Q2的发射极E均通过一个电阻R4与该IGBT下桥Q2的栅极G相连，每个IGBT下桥Q2 的发射极E均与接地VDGND相连，每个IGBT下桥Q2的发射极E均与变频器主电路的负极相连；同一IGBT单元的IGBT上桥Q1的发射极E与IGBT 下桥Q2的集电极C相连，且同一IGBT单元的IGBT上桥Q1和IGBT下桥Q2 的节点与一个电流传感器HL1的第6脚相连，每个电流传感器HL1的第5 脚与电机相连，每个电流传感器HL1的第1脚通过电容C1接地且与-15V电源相连，每个电流传感器HL1的第3脚通过电容C2接地且与+15V电源相连，每个电流传感器HL1的第4脚与单片机I/O端相连，每个电流传感器HL1 的第2脚接地。
[0039] 具体的，如图1所示，将以本实用新型变频器的V相电路为例，对本实用新型的变频器进行说明。
[0040] 如图1所示，所述光耦PC1的发光二极管的阳极、阴极分别与单片机的输出端DV+、输出端DV-相连，光耦PC2的发光二极管的阳极、阴极分别与单片机的输出端DV-、输出端DV+相连，光耦PC1的发光二极管的阳极、阴极分别与光耦PC1的第2、3脚相连，光耦PC2的发光二极管的阳极、阴极分别与光耦PC2的第2、3脚相连，光耦PC1和光耦PC2的第8脚均与VP+15V 电源相连，光耦PC1和光耦PC2的第5脚均与VP-10V电源相连，光耦PC1 的第6脚与第7脚相连且通过电阻R1与IGBT上桥Q1的栅极G相连，光耦 PC2的第6脚与第7脚相连且通过电阻R3与IGBT下桥Q2的栅极G相连；所述IGBT上桥Q1的发射极E通过电阻R2与栅极G相连，且与接地VPGND 相连，IGBT上桥Q1的集电极C与变频器主电路的正极相连，IGBT上桥Q1 的发射极E与IGBT下桥Q2的集电极C相连，IGBT下桥Q2的发射极E通过电阻R4与IGBT下桥的栅极G相连，且与接地VDGND相连，IGBT下桥Q2的发射极E与变频器主电路的负极相连，IGBT上桥Q1的发射极E与IGBT下桥Q2的集电极C之间的节点与电流传感器HL1的第6脚相连；所述电流传感器HL1的第5脚与电机的V相的线圈绕组相连，第3脚与+15V电源相连且通过电容C1接地，第1脚与-15V电源相连且通过电容C2接地，第4脚与单片机的I/O端相连，第2脚接地。所述VP+15V电源与接地VPGND是一组电源，VP-10V电源与接地VPGND是一组电源，二者为V相IGBT单元的 IGBT上桥Q1提供驱动电源；所述VD+15V电源与接地VDGND是一组电源，VD-10V与接地VDGND是一组电源，二者为V相IGBT单元的IGBT下桥Q2提供驱动电源；其中，VP、VD是用于区别V相IGBT单元的上下桥的驱动电源的识别区分字符。
[0041] 以下将以本实用新型变频器的V相电路为例对本实用新型变频器的工作过程进行说明。
[0042] 所述变频器上电后，单片机通过输出端DV+、输出端DV-均输出低电平，此时光耦PC1、光耦PC2保持关断，IGBT单元也保持关断，待继电器吸合后，单片机在时间t内通过输出端DV+输出高电平，0＜t＜10μs，而通过输出端DV-持续输出低电平，则光耦PC1的发光二极管发光，使光耦PC1开通第6、7脚并输出+15V电压，通过电阻R1开通IGBT上桥Q1，IGBT上桥 Q1开通将变频器主电路的直流
母线P+与电机的V相的线圈绕组导通；若电机的V相的线圈绕组存在接地短路故障，则触发较大的短路电流，电流传感器HL1检测到短路电流并输出给单片机，单片机依据短路电流信号判断V 相的线圈绕组存在接地短路故障，并驱动接地故障报警结构发出报警信号，同时触发接地故障保护装置切断电路。
[0043] 本实用新型的变频器，可通过上述工作过程逐一或同时检测电机的U、 V、W相的线圈绕组是否存在接地短路故障，若不存在接地短路故障，则变频器正常待机。
[0044] 以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。
