專利名稱：變頻器的軟起動保護偵測裝置及其方法
技術領域：
本發明有關一種軟起動保護偵測裝置及其方法，尤指一種用于變頻器的軟 起動電路的保護偵測裝置及其方法。
背景技術：
隨著固態變頻器(solid state inverter)的成功開發，交流馬達的使用也逐漸頻 繁。交流馬達具有轉子慣量小，散熱效果佳等優點，因此隨著功率半導體組件、 微處理機及控制技術的進步，交流馬達也廣泛用于電腦數值控制(CNC, Computerized Numerical Control)工具機及工業機器人的場合。
圖1所示為公知的交流馬達系統10中，交流馬達與巿電連接的方框圖，交 流電力(例如110Vac或是220Vac)由市電20供應至轉換器30,以做交流至 直流轉換。轉換后的直流電則供應到變頻器(inverter) 40,以做直流至交流轉 換，其中變頻器40可受中央處理單元(CPU) 50的控制，而將直流電轉換成 所需頻率及位準的交流電，以將該所需頻率及位準的交流電驅動馬達60。
變頻器輸入是使用整流濾波的直流電源，所以在變頻器電路中會加入由電 阻構成的軟起動電路(soft starting circuit)抑制起動電流，起動后再利用繼電器、 電磁接觸器、硅控整流子(SCR, Silicon Controlled Rectifier)等開關來旁路起 動電阻。如圖2所示，該轉換器30主要由二極管組32及濾波電容C構成，巿 電20經由二極管組32整流及經過濾波電容C濾波后，再供應給變頻器(未圖示)。 整流濾波電路的濾波電容和輸入巿電的壓差太大時，會差生很大的充電電流， 造成瞬間過電流使得輸入整流二極管組32損壞、或保險絲燒斷、或無熔絲開關 跳脫。因此在整流濾波電路常會加入軟起動電路來減少起動電流，即在電路中 串聯軟起動電阻R。由于電阻是和整流濾波電路串聯，當正常動作時電阻會消耗很大的功率，所以在起動后再利用開關(如繼電器、電磁接觸器、SCR……)
來旁路軟起動電阻R,稱為軟起動電路。如圖2所示，在起動后，中央處理單 元會控制繼電器72，關上其開關72A以旁路軟起動電阻R。
然而如果印刷電路板布局(PCB layout)斷線、繼電器開關故障都可能造成軟 起動電路失效，目前現行做法并沒有加入任何保護或偵測電路，所以一旦電路 失效就有機會造成變頻器燒毀。再者，若接大負載(即流過大電流)時，軟起 動電阻沒有被旁路掉就會造成軟起動電阻被燒毀。
發明內容
有鑒于此，本發明的目的即在提出變頻器的軟起動保護偵測裝置，當偵測 到電路故障時，就對使用者提出警告或是不允許接大負載，來防止起動電路燒 毀。
本發明的另一目的即在于提供一種變頻器的軟起動保護偵測方法。
為達成上述目的，本發明提供的軟起動保護偵測裝置主要包含中央處理單 元及光耦合器。該軟起動電路包含軟起動電阻及具有常開開關的電控開關，例 如繼電器，該繼電器具有常開開關(Normally Open )端與該軟起動電阻并聯。 該中央處理單元與變頻器電連接，以及與該繼電器的輸入端電連接。該光耦合 器具有發光二極管及光敏晶體管，該發光二極管與串接電阻串聯后再與該軟起 動電阻并聯，而該光敏晶體管則電連接到該中央處理單元。該中央處理單元在 變頻器起動且該繼電器的常開開關開路后，若收到光耦合器的信號，可停止輸 出電壓至該變頻器，以避免變頻器損壞。
該中央處理單元可先送信號以使該繼電器等電控開關的常開開關開路 (Open Circuit);再送出短時間電流流過該軟起動電阻。若中央處理單元得知 發光二極管會發光，則可判定該繼電器已經永久短路。
本發明一種變頻器的軟起動保護偵測方法，該變頻器透過整流濾波電路接 收市電電源，且該整流濾波電路與軟起動電阻串聯，該軟起動保護偵測方法包 含提供電控開關，具有常開開關端與該軟起動電阻并聯，以及輸入端，該輸 入端可以接收外界控制信號而控制該常開開關端關閉或是開啟；
提供光耦合器，該光耦合器具有發光二極管及光敏晶體管，該發光二極管
與串接電阻串聯后再與該軟起動電阻并聯；
在該變頻器起動且該電控開關的常開開關開路后，若感應到該發光二極管 的光線，則停止輸出電壓至該變頻器。
釆用本發明技術方案，當偵測到電路故障時，就對使用者提出警告或是不 允許接大負載，來防止起動電路燒毀。
圖l所示為公知的交流馬達與巿電連接的方框圖2所示為公知的軟起動電路；
圖3所示為依據本發明的軟起動保護偵測裝置。
附圖標記說明
公知技術
交流馬達系統10 轉換器30
中央處理單元(CPU) 50 二極管組32 軟起動電阻R 開關72A 本發明
巿電20 二極管組32 軟起動電阻R 常開開關端72A
巿電20 變頻器40 馬達60 濾波電容C 繼電器72
中央處理單元(CPU) 50 濾波電容C 繼電器72 繼電器輸入端72B光耦合器74
光敏晶體管74B
發光二極管74A
串接電阻R1
端點A， B
電阻R具體實施例方式
如圖3所示，本發明變頻器的軟起動保護偵測裝置主要包含中央處理單元、 光耦合器74及串接電阻Rl。該軟起動保護偵測裝置可用于如圖2所示的變頻 器的軟起動電路，以保護整個變頻器系統的安全，并偵測軟起動電路中繼電器 的故障情形。在圖3所示的組件，若與圖2相同或是相似，則使用相同的附圖 標記，以避免重復說明。
該光耦合器74具有發光二極管74A及光敏晶體管74B，其中發光二極管 74A的陽極與軟起動電阻R端點A連接，而發光二極管74A的陰極則透過該串 接電阻R1與軟起動電阻R的另一端點B連接。該光敏晶體管74B的發射極 (Emitter)接地，而集電極(Collector)則連接至中央處理單元，并透過另一電阻 R2連接到5V電源。
該電控開關72例如可以為繼電器(Relay)、電磁接觸器(MC, Magnetic Contact)、硅控整流子(SCR, Silicon Controlled Rectifier)、或是交流硅控整流子 (又稱為三端雙向硅控整流子TRIAC, Triggering Bidirectional Thyristor)。該 電控開關72的一端可以提供常開開關(Normally Open)端或是常閉開關 (Normally Close)端，而另一端則受控制器、中央處理單元或是其它電路等控制 而切換常開開關端或是常閉開關端的開啟(短路)或是關閉(斷路)狀態。下 面說明則以繼電器為例，但是須知本發明的揭露可以應用于其它的電控開關。 該繼電器72具有常開開關端72A與該軟起動電阻R并聯，及輸入端72B與該 中央處理單元電連接。在市電開始供應電源時，為避免過大的起動電流，該繼 電器72的常開開關端72A會斷路(Open Circuit),使得起動電流流經該軟起動電 阻R，以抑制起動電流。在經過預定時間之后，該中央處理單元可透過控制繼電器輸入端72B以使該繼電器72的常開開關端72A短路(Short Circuit),以避 免負載電流流經該軟起動電阻R,造成功率損耗。
本發明的軟起動保護偵測裝置可偵測軟起動電路中繼電器的故障情形，一 般繼電器的故障方式有不動作和繼電器接點因高電流造成的接點永久短路，此 二種故障會造成不同的損壞方式，本發明的軟起動保護偵測裝置可同時偵測到 此二種損壞。
當圖3所示的繼電器72不動作時，負載電流全流過軟起動電阻R。依歐姆 定律，軟起動電阻R兩端壓差加大。跨過軟起動電阻R兩端壓差會經過串接電 阻R1的分壓而使光耦合器74動作，并送出信號通知中央處理單元做出警告或 停止輸出，以保護軟起動電路。例如，該中央處理單元可以驅動蜂鳴器以發出 警告聲，或是驅動閃光燈以發出警示信號，然而，這些警示方式為公知技術， 因此在此不再贅述。更詳細而言，若軟起動電阻R兩端壓差過高，光耦合器74 的發光二極管74A會發光。該光敏晶體管74B在感應到光線后阻抗會下降，因 此光耦合器74的端點4的電壓(集電極電壓)會下降。中央處理單元感應到光耦 合器74的端點4的電壓下降后，即可判斷圖3所示的繼電器72不動作，因此 可做警告或停止輸出等處理。
如果圖3所示的繼電器72的常開開關端72A因高電流造成的接點永久短 路(ShortCircuit),可借由中央處理單元先關閉繼電器72 (亦即先送信號以使常 開開關端72A斷路，但是在常開開關端72A因高電流造成的接點永久短路時， 無法使常開開關端72A正常斷路)并預送短時間電流，該短時間電流足以在軟起 動電阻R兩端產生壓差(例如為10-50mA的電流，且時間為0.3-0.5亳秒)， 以使光耦合器74動作。因此如果繼電器72已永久短路，則該短時間電流都會 流過已永久短路的常開開關端72A,光耦合器74不會動作，中央處理單元也不 會收到軟起動故障信號，借此可以判斷繼電器72開關可能已永久短路。上述測 試流程可在變頻器開始工作前進行，以檢測繼電器72的常開開關端72A是否 已經因高電流造成的接點永久短路，確保電路正常操作。綜上所述，當知本發明已具有產業利用性、新穎性與創造性，又本發明的 構造也未曾見于同類產品及公開使用，完全符合發明專利申請要件，依專利法 提出申請。
權利要求
1. 一種變頻器的軟起動保護偵測裝置，該軟起動電路包含軟起動電阻及具有常開開關的電控開關，該軟起動電阻與該常開開關并聯，其特征在于，該軟起動保護偵測裝置包含中央處理單元，與該變頻器電連接，以及該電控開關的輸入端電連接；光耦合器，具有發光二極管及光敏晶體管，該發光二極管與串接電阻串聯后再與該軟起動電阻并聯，而該光敏晶體管則電連接到該中央處理單元；其中該中央處理單元在該變頻器起動且該電控開關的常開開關開路后，若收到光耦合器的信號，則停止輸出電壓至該變頻器。
2. 如權利要求l所述的變頻器的軟起動保護偵測裝置，其中，該發光二極 管的陽極與軟起動電阻的一端點電連接，而該發光二極管的陰極透過該串接電 阻與該軟起動電阻另 一端點電連接。
3. 如權利要求l所述的變頻器的軟起動保護偵測裝置，其中，該光敏晶體管透過電阻與預定電壓的直流電壓電連接。
4. 如權利要求l所述的變頻器的軟起動保護偵測裝置，其中，該中央處理單元在該變頻器起動且該電控開關的常開開關開路后，若收到光耦合器的信號， 則發出警示。
5. 如權利要求l所述的變頻器的軟起動保護偵測裝置，其中，該電控開關 為繼電器、電磁接觸器、硅控整流子、或是交流硅控整流子。
6. —種變頻器的軟起動保護偵測方法，該變頻器透過整流濾波電路接收巿 電電源，且該整流濾波電路與軟起動電阻串聯，其特征在于，該軟起動保護偵 測方法包含提供電控開關，具有常開開關端與該軟起動電阻并聯，以及輸入端，該輸 入端可以接收外界控制信號而控制該常開開關端關閉或是開啟；提供光耦合器，該光耦合器具有發光二極管及光敏晶體管，該發光二極管與串接電阻串聯后再與該軟起動電阻并聯；在該變頻器起動且該電控開關的常開開關開路后，若感應到該發光二極管 的光線，則停止輸出電壓至該變頻器。
7. 如權利要求6所述的變頻器的軟起動保護偵測方法，其特征在于，還包含若感應到該發光二極管的光線，則發出警示。
8. 如權利要求6所述的變頻器的軟起動保護偵測方法，其特征在于，還包含先送可使該電控開關的常開開關開路的信號； 送出短時間電流流過該軟起動電阻；若感應到發光二極管會發光，則可判定該電控開關已經永久短路。
9. 如權利要求6所述的變頻器的軟起動保護偵測方法，其中，該電控開關 為繼電器、電磁接觸器、硅控整流子、或是交流硅控整流子。
10. 如權利要求8所述的變頻器的軟起動保護偵測方法，其中，該短時間 電流的電流大小為10-50mA。
11. 如權利要求IO所述的變頻器的軟起動保護偵測方法，其中，該短時間 電流的時間為0.3-0.5亳秒。
全文摘要
本發明提供一種變頻器的軟起動保護偵測裝置及其方法，該軟起動保護偵測裝置主要包含中央處理單元及光耦合器，且該軟起動保護偵測裝置用以偵測變頻器的軟起動電路故障并提供保護作用。該軟起動電路包含軟起動電阻及繼電器，該繼電器具有常開開關端與該軟起動電阻并聯。該中央處理單元與變頻器電連接，及與該繼電器的輸入端電連接。該光耦合器具有發光二極管及光敏晶體管，該發光二極管與串接電阻串聯后再與該軟起動電阻并聯，而該光敏晶體管則電連接到該中央處理單元。該中央處理單元在變頻器起動后，若收到光耦合器的信號，可停止輸出電壓至該變頻器，以避免變頻器損壞。
文檔編號H02M1/00GK101436822SQ20071018788
公開日2009年5月20日 申請日期2007年11月14日 優先權日2007年11月14日
發明者陳郁方 申請人:臺達電子工業股份有限公司