变频器输出端对地短路保护在线预检测电路及装置的制作方法

专利名称：变频器输出端对地短路保护在线预检测电路及装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电路对地短路保护领域，尤其涉及一种变频器输出端对地短路保护电 路及装置。
背景技术：
变频器是一种电力电子装置，其主电路主要由功率电子器件绝缘栅双极晶体管IGBT 构成。其负载电机经常会因为电机受潮、过热、线圈的机械摩擦等原因造成电机的绝缘下 降以至于短路。由于电机外壳接地，这将使得变频器输出端发生对地短路或对地绝缘电阻 下降到非正常值。 一旦变频器启动就会产生很大的对地短路电流，对变频器的功率器件绝 缘栅双极晶体管IGBT的安全带来威胁，也会造成电机的进一步损坏。图1显示变频器和 电机的连接。电机对地等效电阻Rx。如该电阻阻值下降到很低或短路，则变频器启动后功 率电子器件绝缘栅双极晶体管IGBT会流过很大电流。
目前的变频器都有过电流或短路保护电路。原有的保护方法都是在变频器启动后检测 输出端电流或直流母线电流。若检测到很大的短路电流，就进行保护，快速封锁加给绝缘 栅双极晶体管IGBT的驱动信号，同时报警且显示。但由于短路电流很大，且有很大的电
流上升率(^)，即使保护很快，也会对绝缘栅双极晶体管IGBT带来大电流冲击，仍有使
绝缘栅双极晶体管IGBT和电机进一步损坏的可能。
实际上在很多情况下，电机在绝缘下降或损坏后，如能检测出来，往往很容易修复(如 受潮电机只需烘干)。但一旦流过大电流后就会造成烧毁。故本专利涉及的保护电路不仅 可以保护变频器也能保护电机。
目前一般的过电流或短路保护采用专用的霍尔电流互感器，成本较高，且需要电源。 如采用电阻测量，由于流过电流大，功耗较大。 发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种变频器输出端对地短路保护在线预检测 电路及装置，以解决现有技术中可靠性不够高，电路复杂，成本高的缺陷。 技术方案
一种变频器输出端对地短路保护在线预检测电路，本电路联接在直流母线和变频器输 出端之间，变频器2的三相输出端每相联接一个相同的检测电阻即Ra， Rb， Rc，三个电阻 一端并联后和检测电路输出电阻R。相串联，R。和直流母线UL相联接。一种变频器输出端对地短路保护在线预检测装置，包括检测电路(l)、电压比较器(2)、 单片机(3)，检测电路(1)的R。的两端压降输出到电压比较器(2)，电压比较器(2)通过电耦 合器和单片机(3)相连。 有益效果
本实用新型安装在变频器内的输出回路中，在变频器接通电源后，在尚未启动时就监 视、检测变频器到负载电机的对地绝缘状况。 一旦发生对地短路或对地绝缘电阻下降到临 界值以下，就进行保护(显示故障、禁止启动)。而该检测状态下，只有极小的电流，不 会对变频器的功率电子器件绝缘栅双极晶体管IGBT的安全产生任何影响，也不会对电机 产生进一步的损坏。并且给出的测量方法电路简单，由电阻构成，功耗很小，成本很低。


图1为现有技术的显示变频器和电机的连接回路图2为变频器对地短路预检测电路检测原理图3为变频器输出端对地短路保护在线预检测装置图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型。应理解，这些实施例仅用于说明本 实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外应理解，在阅读了本实用新型讲授的内容 之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所 附权利要求书所限定的范围。
实施例1
如图所示， 一种变频器输出端对地短路保护在线预检测电路，本电路串联在直流母线 UL和变频器输出端之间，变频器的三相输出端每相联接一个相同的检测电阻即RA， Rb， Rc， 三个电阻一端并联后和检测电路1输出电阻R。相串联，R。和直流母线UL相联接，其中的 R。的两端压降输出到电压比较器2，电压比较器2产生的电信号经光电耦合器隔离输入单 片机处理3。
当变频器接通电源但尚未启动时(此时绝缘栅双极晶体管IGBT尚未开通)，电网的相线通 过变频器输入侧整流桥一—直流母线UL—_变频器输出端对地短路保护在线预检测电 路一一变频器输出端一一电机(即等效绝缘电阻) 一一地线，形成通路。如电机的绝缘电 阻(即Rx)很大，则该回路流过的电流极小，在电阻R。上的压降极小，即检测电路输出电压Ush很小，此即正常状态。如果电机的绝缘电阻下降到临界值以下(通常认为小于 0.5MQ)，流过回路的电流增加，在电阻Ro上的压降也增大，检测电路输出电压增大。此 即对地短路故障状态。由于检测电阻RA和Ro的阻值很大，即使电机对地短路，流过的电 流也被限制在很小的值(一般小于10mA)，不会造成电机的进一步损坏。而功率器件绝缘 栅双极晶体管IGBT尚未开通，也不会受到威胁； 一旦负载对地绝缘损坏，Ro上的压降Ush 就会变大，该电压信号输入控制电路进行判断，可以进行报警、显示、禁止变频器启动， 有效地达到保护作用。
检测电路中Ro上的压降Ush送入比较器，与预先设定的基准电压比较，若变频器对 地绝缘良好lk小于基准电压，比较器输出为低电平。若变频器对地绝缘损坏，则IL高于 基准电压，比较器输出为高电平，经光电耦合器隔离输入单片机处理，单片机软件设计为 在变频器接通电源但未启动时，对该输入端进行检测和判断。如存在短路信号，则封锁对 启动信号的响应，封锁变频器输出，进行报警和故障显示。 电阻值的选择
(1)正确选择电阻阻值。 一般当变频器负载绝缘电阻大于0.5MQ 时，Ro上的压降U化小于4V。当负载绝缘电阻小于0.5MQ， Ro上的压降11化大于4V。电 阻阻值计算方法如下 取电机绝缘损坏的临界状态时
Icr=Um/ ( Rj+Ra+Ro) Ush=Icr R0
其中
1 :电机绝缘损坏的临界状态时流过电机绝缘电阻的电流。 一般取0.5 — lmA。当电机 对地完全短路时，电流被RA和Ro限流在1 _ 2mA。
Um:电网相电压峰值。由于检测电路是瞬时动作的，故以电压峰值计算。在三相380V
时为相电压峰值220v^V，即31IV。
Ush:检测电路输出电压。根据后续保护电路阔值确定，例如取4V。 Rj:电机绝缘损坏的临界状态时，负载电机的绝缘电阻一般为
0. 5M Q 。
RA:检测电路一相的电阻。
由上述关系可以计算出 RA=Um/Ic「R厂Ro)
Ro:检测电路输出电阻。可以算得Ro = Ush/Icr
按上述方法，在三相380V电源的变频器中Ra可用300KQ ， Ro用5 KQ 。
(2)用于在变频器接通交流电源，但尚未启动时进行检测。检测判断电路如图3所
示，检测电路输出电压Ush送入检测电路与预设基准电压比较后输入单片机处理,若检测电
路输出电压Ush小于基准值，表示负载对地绝缘正常。则允许变频器启动。若检测电路输 出电压Ush大于基准值，则表示负载对地绝缘损坏，或对地短路。禁止变频器启动，并进 行报警。
(4)变频器启动后母线电压通过导通的绝缘栅双极晶体管IGBT会在检测电阻上流过电流。 故启动后不再采用该检测信号。
权利要求1. 一种变频器输出端对地短路保护在线预检测电路，其特征是本电路联接在直流母线和变频器输出端之间，变频器的三相输出端每相联接一个相同的检测电阻即RA，RB，RC，三个电阻一端并联后和检测电路输出电阻R0相串联，R0和直流母线UL相联接。
2. —种变频器输出端对地短路保护在线预检测装置，其特征是包括权利要求1的检测电路(l)、电压比较器(2)、单片机(3)，检测电路(l)的R。的两端压降输出到电压比较器(2)，电压比较器(2)通过电耦合器和单片机(3)相连。
专利摘要本实用新型涉及一种变频器输出端对地短路保护在线预检测电路，本电路联接在直流母线和变频器输出端之间，变频器的三相输出端每相联接一个相同的检测电阻，三个电阻一端并联后和检测电路输出电阻R₀相串联，R₀和直流母线UL联接。一种变频器输出端对地短路保护在线预检测装置，变频器输出端对地短路保护在线预检测电路中的R₀的两端压降输出到电压比较器，电压比较器产生的电信号经光电耦合器隔离输入单片机处理。本实用新型回路只有极小的电流，不会对变频器的功率电子器件绝缘栅双极晶体管IGBT的安全产生任何影响，也不会对电机产生进一步的损坏；并且给出的测量方法电路简单，由电阻构成，且功耗很小，成本很低。
文档编号H02H7/122GK201266833SQ200820059309
公开日2009年7月1日 申请日期2008年6月3日 优先权日2008年6月3日
发明者吴庆彪, 孙培德, 毅 杨 申请人:东华大学