一种上电缓冲继电器故障检测和保护电路的制作方法

本实用新型涉及继电器故障检测领域，具体涉及一种上电缓冲继电器故障检测和保护电路。

背景技术：

目前通用小功率变频器主电路由四部分组成，如图1所示，分别是整流电路、上电缓冲电路、直流滤波电路和逆变电路,见图1，其中整流电路由二极管d1～d6组成；上电缓冲电路由上电缓冲电阻r1和上电缓冲继电器k1组成；其中上电缓冲继电器k1包含由a1和a2相连的线圈,常开触头a,常闭触头b,公用触头c，继电器闭合时ac点接通，bc点断开，继电器断开时ac点断开，bc点接通。直流滤波电路主要由大容量铝电解电容c1组成；逆变电路由igbt模块q1～q6组成。三相交流电源从l1、l2、l3接入，通过整流电路后变成单向脉动直流电源；由r1限制刚开始上电时电容c1的冲击电流，当电容电压达到最高值时，上电缓冲继电器k1闭合，上电缓冲电阻r1两端短路不再工作；逆变器开始工作，驱动连接在uvw上的电动机运行。

目前上电缓冲电路中继电器常发生的故障有过流故障和触头粘连故障。

过流故障主要是因为直流滤波电路或逆变电路发生大的故障电流，将会导致继电器超过厂家规定的额定电流值运行，烧毁整流桥和继电器。

继电器触头粘连时，每次上电，上电缓冲电路都没有通过上电缓冲电阻r1限制开机瞬间直流滤波电容的冲击电流，整流电路和上电缓冲继电器承受着比正常工作时大几倍的电流，反复多次后烧毁整流桥和继电器。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种上电缓冲继电器故障检测和保护电路，解决了上电缓冲继电器常见的过流和触头粘连故障的检测问题，同时在发生故障时，通过断开继电器，禁止逆变电路输出，对整个电路进行保护。

为实现上述实用新型目的，本实用新型采用的技术方案实现如下：一种上电缓冲继电器故障检测和保护电路，包括变频器主电路、电流检测电路、继电器常闭触头检测电路、逻辑判断电路、故障指示电路和继电器驱动电路；所述逻辑判断电路分别与电流检测电路、继电器常闭触头检测电路、故障指示电路和继电器驱动电路直接相连；变频器主电路与电流检测电路和继电器驱动电路连接；由电流检测电路实时检测流过继电器的电流值，并将检测到的电流值与设定的过流保护值比较；由继电器常闭触头检测电路检测粘连故障；逻辑判断电路根据电流检测电路和继电器常闭触头检测电路的结果，来判断继电器是否发生过流故障和触头粘连故障，有故障发生时，断开继电器，通过故障指示电路输出故障，并禁止逆变器输出；无故障发生时，闭合继电器，允许逆变器输出。

优选地，所述电流检测电路采集流过闭合时继电器触头的电流值，并将采集到的电流值与设定的电流过流值在比较器中比较，比较器输出值送入逻辑判断电路。

优选地，所述继电器常闭触头检测电路检测继电器常闭触头状态，来判断继电器触头是否粘连。

优选地，所述逻辑判断电路由单片机mcu组成，所述逻辑判断电路根据电流检测电路输出值和继电器常闭触头检测电路输出值，判断继电器是否发生过流故障和触头粘连故障；有故障发生时，断开继电器，通过故障指示电路输出故障，并禁止逆变器输出；无故障发生时，闭合继电器，允许逆变器输出。

优选地，所述故障指示电路指示当前继电器是否有故障发生。

优选地，所述继电器驱动电路控制继电器的断开和闭合，无故障发生时，逻辑判断电路驱动继电器线圈，使继电器闭合，继电器常开触头闭合，常闭触头断开；当有过流故障或触头粘连故障发生时，关断继电器线圈电源，继电器断开，继电器常开触头闭合，常闭触头断开。

有益效果

与现有技术相比，本实用新型取得的有益效果为：本实用新型主要解决了上电缓冲继电器k1常见的过流和触头粘连故障的检测，发生故障时，断开上电缓冲继电器k1，对电路进行保护；对于过流，通过电流采样电阻检测通过上电缓冲继电器k1的电流，如果电流高于设定值，则断开继电器接入上电缓冲电阻，进一步限制故障电流，同时禁止逆变电路输出，点亮故障指示灯led1；对于继电器触头粘连故障，通过直接利用继电器常闭触头组成的触头检测电路判断触头是否粘连，所述逻辑判断电路对所述电压监测点vkd进行上电检测，如果逻辑判断电路未发出继电器驱动信号，即kon为低时，电压监测点vkd电平为高，则上电缓冲继电器k1触头发生粘连故障，断开上电缓冲继电器k1，禁止逆变电路输出，点亮故障指示灯led1；如果电压监测点vkd电平为低，则上电缓冲继电器k1无故障发生，闭合上电缓冲继电器k1，允许逆变电路输出。

附图说明

图1为现有的变频器的主电路；

图2为本实用新型的继电器正常断开时的电路图；

图3为本实用新型的继电器正常闭合时的电路图；

图4为本实用新型的继电器触头粘连时的电路图；

图5为本实用新型的逻辑判断电路工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明。

如图2和图3所示，一种上电缓冲继电器故障检测和保护电路，包括变频器主电路、电流检测电路、继电器常闭触头检测电路、逻辑判断电路、故障指示电路和继电器驱动电路；所述变频器主电路与电流检测电路和继电器驱动电路相连；所述逻辑判断电路分别与电流检测电路、继电器常闭触头检测电路、故障指示电路和继电器驱动电路直接相连；

如图1所示，所述变频器主电路，包括整流电路、上电缓冲电路、直流滤波电路和逆变电路；整流电路由二极管d1～d6组成；上电缓冲电路包括上电缓冲电阻r1和上电缓冲继电器k1；上电缓冲电阻r1与继电器k1并联连接；其中上电缓冲继电器k1包含由a1和a2相连的线圈,常开触头a,常闭触头b,公用触头c，继电器闭合时ac点接通，bc点断开，继电器断开时ac点断开，bc点接通。直流滤波电路主要由大容量铝电解电容c1组成；逆变电路由igbt模块q1～q6组成，逆变器由逆变电路组成；三相交流电源从l1、l2、l3接入，通过整流电路后变成单向脉动直流电源；由r1限制刚开始上电时电容c1的冲击电流，当电容电压达到最高值时，上电缓冲继电器k1闭合，上电缓冲电阻r1两端短路不再工作；逆变器开始工作，驱动连接在uvw上的电动机运行。

所述电流检测电路由采样电阻r4、输入滤波电阻r5和电容c2、过流设定值电阻r6和r7，比较器u1，输出滤波r8，r9和c3组成.r4用于采集流过闭合时上电缓冲继电器k1触头的电流；经电阻r5和c2组成的采样滤波电路后，同电阻r6和r7设定的过流保护值，由比较器u1比较，比较器u1输出值经r8、r9、c3组成的滤波电路后从oc点输出；如果oc点电平为高，则上电缓冲继电器k1触头发生过流故障，断开上电缓冲继电器k1，禁止逆变电路输出，点亮故障指示灯led1；如果oc点电平为低，则上电缓冲继电器k1无过流故障。假设流过闭合时上电缓冲继电器k1触头的电流为i,也就是采样电阻r4的电流为i，则采样电阻r4的电压值为ur4＝i*r4，ur4经采样滤波电路滤波后输入到比较器u1与过流设定值vref进行比较，所述过流设定值vref由电阻r6和r7设定，即vref＝r7/(r6+r7)*5viso，如果i*r4>vref,即i>vref/r4，则上电缓冲继电器k1发生过流故障，比较器u1输出过流故障oc信号，如果i>vref/r4，则oc点电平为高，表示上电缓冲继电器k1触头发生过流故障；如果i<vref/r4，则oc点电平为低，则上电缓冲继电器k1无过流故障。

所述继电器常闭触头检测电路由电阻r2、电阻r3、二极管d7、电容c4以及常闭触头组成；所述电阻r2、电容c4和电阻r3的公用点设有电压监测点vkd，所述电压监测点vkd与所述逻辑判断电路连接；如果上电缓冲继电器k1的控制端kon的电平为低，见图2，上电缓冲继电器k1不闭合时，则电压监测点vkd通过电阻r2接地，电压监测点vkd电压为r2/(r2+r3)*5viso，因为电阻r3的阻值远大于电阻r2，所述电压监测点vkd电平则为低，表示上电缓冲继电器k1无故障发生；如果上电缓冲继电器k1触头发生粘连故障，见图4，即继电器常开触头a和公用触头c粘连在一起，ac点始终保持导通，则电阻r2另一端悬空，则电压监测点vkd电压为5viso，即电压监测点vkd电平为高，表示已经发生粘连故障。正常运行时，见图3，如果上电缓冲继电器k1的控制端kon电平为高，上电缓冲继电器k1闭合时，电阻r2另一端悬空，则电压监测点vkd电压为5viso，即电压监测点vkd电平为高；如果电压监测点vkd电平为低，表示上电缓冲继电器k1触头未完全闭合。

所述逻辑判断电路由单片机mcu组成；根据电流检测电路输出值和常闭触头检测电路输出值来控制继电器驱动电路和故障指示电路；

所述故障指示电路由故障指示灯led1和电阻r12组成；故障指示灯led1指示当前继电器故障状态，当有过流故障或触头粘连故障发生时，逻辑判断电路点亮故障指示灯led1；无故障时，故障指示灯led1不亮；

所述继电器驱动电路由上电缓冲继电器k1的控制端kon、电阻r10、电阻r11、三极管q7、二极管d8；上电缓冲继电器k1的控制端kon来自逻辑判断电路，经电阻r10同三极管q7基极连接，三极管q7的发射极接地，三极管q7的集电极驱动上电缓冲继电器k1线圈,电阻r11一端与上电缓冲继电器k1的控制端kon连接，二极管d8与上电缓冲继电器k1线圈并联连接。无故障时，逻辑判断电路输出上电缓冲继电器k1的控制端kon为高，经电阻r10通过三极管q7驱动上电缓冲继电器k1线圈，上电缓冲继电器k1闭合,继电器常开触头闭合，常闭触头断开，见图3，当过流故障或触头粘连故障发生时，上电缓冲继电器k1的控制端kon为低，经电阻r10通过三极管q7关断继电器线圈电源，上电缓冲继电器k1断开，继电器常开触头闭合，常闭触头断开，见图2；

如图5所示，所述逻辑判断电路的工作流程如下：

(1)上电初始化；

(2)上电检测电压监测点vkd电平是否为高，如果电压监测点vkd电平为高，则上电缓冲继电器k1有触头粘连故障，进入故障处理程序；

(3)延时10秒，等待电容c4充满电，10秒后闭合上电缓冲继电器k1；

(4)检测电压监测点vkd电平是否为高，如果电压监测点vkd的电平为高，则上电缓冲继电器k1已经正常闭合；如果电压监测点vkd电平为低，则上电缓冲继电器k1未正常闭合，则进入故障处理程序；

(5)正常运行中，实时检测oc点电平，如果oc点电平为高，则上电缓冲继电器k1发生了过流故障，进入故障处理程序；

(6)如果oc点电平为低，上电缓冲继电器k1无过流故障，闭合上电缓冲继电器k1，允许逆变电路输出，熄灭故障指示灯led1，返回步骤(4)；

(7)进入故障处理程序，断开上电缓冲继电器k1；禁止逆变电路运行，点亮故障指示灯led1，返回步骤(2)。

本实用新型主要解决了上电缓冲继电器常见的过流和触头粘连故障的检测，发生故障时，断开上电缓冲继电器k1，对电路进行保护；对于过流，通过电流采样电阻检测通过上电缓冲继电器k1的电流，如果电流高于设定值，则断开继电器接入上电缓冲电阻，进一步限制故障电流，同时禁止逆变电路输出，点亮故障指示灯led1；对于继电器触头粘连故障，通过直接利用继电器常闭触头组成的触头检测电路以及由单片机组成逻辑判断电路判断上电缓冲继电器触头是否正常，若上电缓冲继电器触头发生粘连故障，断开上电缓冲继电器k1，禁止逆变电路输出，点亮故障指示灯；若上电缓冲继电器k1无故障时，闭合上电缓冲继电器k1，允许逆变电路输出，对电路形成保护。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何在本申请揭露的技术范围内的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准；根据上述说明书的揭示和教导，本实用新型所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本实用新型并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对实用新型的一些修改和变更也应当落入本实用新型的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本实用新型构成任何限制。