[发明专利]无损耗的变频器软启动装置及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及变频器领域，尤其涉及无损耗的变频器软启动装置及实现软启动的方法。

背景技术

变频器是利用电力半导体器件的通断作用，调节电网频率以调节电动机转速的一种控制装置。变频调速具有调速范围宽，调速精度高，动态响应快，低速转矩好，节约电能，工作效率高，使用方便等优点。应用变频调速，不仅可以使电机在节能的转速下运行，而且还可以大大提高电机转速的控制精度，提升工艺质量和生产效率。

对于目前常用的电压型交-直-交变频器拓扑，前级为输入不可控整流单元，中间级为大功率直流储能滤波单元，后级为逆变输出单元。直流储能滤波单元主要由大容量电解电容构成，由于电容初始状态相当于短路，变频器输入侧合闸上电时，如果不经过任何处理就将整流后的电压加到电解电容上，会引起瞬间较大的充电电流，从而给变频器整流回路造成冲击，并造成电解电容寿命下降，甚至会有爆炸的危险。因此，我们必须设计一种装置和方法，使得在上电的瞬间电解电容两端的电压缓慢上升，以避免上述的故障出现，这就是我们所说的软启动装置和软启动方法。

目前变频器业界内使用的变频器软启动的方案通常有以下几种：

1、限流电阻加继电器(或可控硅)组合

如图1所示，在母线电容的充电回路中串联限流电阻，且有开关器件(例如继电器或可控硅)与限流电阻并联。加电后电流先从充电电阻上流过，由限流电阻限流对母线电容充电；当母线电容的直流电压上升到设定值时，使用开关器件将限流电阻旁路，进入正常工作状态。传统的变频器一般采用此种方案。该方案的缺点是：软启动过程限流电阻损耗大，发热严重，可靠性低，一旦限流电阻烧坏，变频器便不能再启动，从而使变频器不能工作。当变频器频繁上电时，变频器将连续多次工作在软启动状态，限流电阻将发热更加严重而烧坏，使变频器产生故障，大大降低了系统的可靠性。

2、晶闸管半控整流

该方案是利用晶闸管的半控特性，上电启动时，通过控制晶闸管的导通角，使得滤波电容上的电压按设定的规律缓慢上升，实现软启动。这个方案的缺点在于，需要检测输入电压以对导通角进行控制，触发电路设计复杂。

3、利用开关电源预充电

该方案是变频器上电启动前先接通输出连接到母线电容的辅助开关电源，利用开关电源的软启动特性对母线电容进行预充电，待充电完成后断开与母线电容的连接，再接通变频器主输入开关。这个方案的缺点在于，需增加辅助开关电源，电路结构复杂、体积大、成本高。

发明内容

为了解决现有软启动过程存在损耗大的技术问题，本发明的首要目的是提供无损耗的变频器软启动装置，降低软启动的功耗，有效防止了上电时的大充电电流对整流单元和储能滤波单元的损坏，并进而防止后一级电路的故障扩大，提高系统可靠性。

为了解决上述技术问题，本发明的另一目的是提供无损耗的变频器软启动方法，降低软启动的功耗，有效防止了上电时的大充电电流对整流单元和储能滤波单元的损坏，并进而防止后一级电路的故障扩大，提高系统可靠性。

本发明采用以下技术方案实现上述首要目的：

无损耗的变频器软启动装置，输入端与变频器整流电路相连，输出端与母线电容相连，所述软启动装置为一上电缓冲电路，包括继电器、MOS管、二极管、电抗器及控制系统；所述MOS管漏极与继电器主触点一端相连，源极与继电器主触点另一端相连；所述二极管阳极与母线电容负极相连，阴极与MOS管源极以及电抗器一端相连；所述电抗器另一端与母线电容正极相连；所述MOS管、继电器、母线电容分别与控制系统相连接，所述控制系统还与三相电源连接。

优选地，所述控制系统包括：第一比较模块，用于判断变频器输入市电信号是否正常；第二比较模块，用于判断变频器母线电容是否充电完成；控制模块，用于向MOS管与继电器输出驱动信号；所述第一比较模块和第二比较模块分别与控制模块连接。

所述控制系统的芯片型号为TMS320LF2406A。

本发明采用以下技术方案实现上述另一目的：

基于上述变频器软启动装置的软启动方法，包含以下步骤：

S1、第一比较模块判断所检测到的变频器输入电源信号是否正常，如不正常进入步骤S2，如正常则进入步骤S3；

S2、控制模块输出禁止MOS管和继电器导通的驱动信号，禁止母线电容充电，结束软启动；

S3、控制模块输出占空比逐渐变小的驱动信号开通MOS管，使得MOS管、二极管和电抗器构成恒流充电电路对母线电容充电；