具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

根据本发明的实施例，提供了一种变频器的缺相保护装置。参见图1所示本发明的装置的一实施例的结构示意图。所述变频器，包括：整流单元和软启动单元。软启动单元，如软启动控制系统。所述整流单元，包括：半控整流桥。所述半控整流桥，包括：晶闸管模块(如晶闸管D₁、晶闸管D₂、晶闸管D₃)，以及所述晶闸管模块的驱动模块(即晶闸管驱动模块)。所述变频器的缺相保护装置，包括：缺相检测单元(如缺相检测系统)。

其中，所述软启动单元，被配置为提供触发信号。所述触发信号，是用于触发所述驱动模块的信号。

所述缺相检测单元，被配置为检测三相交流电源是否缺相，得到缺相故障输出信号。以及，根据所述缺相故障输出信号和所述触发信号，确定所述驱动模块的驱动信号。所述三相交流电源，是输入至所述整流单元的电源。

所述驱动模块，被配置为根据所述驱动信号，控制所述晶闸管模块的工作。

本发明的方案，提供一种低成本、高可靠性的检测装置来实现缺相保护，具体是一种应用于大功率变频器的缺相保护装置，能够实时监测电网的缺相情况，在电网发生缺相故障后对电路进行缺相保护。

在一些实施方式中，所述缺相检测单元，包括：三相电采样模块、故障判断模块和比较输出模块。三相电采样模块如三相电采样检测电路，故障判断模块如故障判断电路，比较输出模块如比较输出保护电路。

其中，所述缺相检测单元，检测三相交流电源是否缺相，得到缺相故障输出信号。以及，根据所述缺相故障输出信号和所述触发信号，确定所述驱动模块的驱动信号，包括：

所述三相电采样模块，被配置为检测所述三相交流电源中每相交流电源的相电压的隔离电压，并将所述每相交流电源的相电压的隔离电压与第一基准电压进行比较，得到第一比较结果。每相交流电源的相电压的隔离电压，是在光耦导通之后，每相交流电源的相电压的隔离电压经光耦后输出的电压，导通之后上拉至15V。

所述故障判断模块，被配置为将所述第一比较结果与第二基准电压进行比较，得到第二比较结果，作为所述三相交流电源是否缺相的缺陷故障输出信号。

所述比较输出模块，被配置为将所述缺相故障输出信号与所述触发信号进行与运算，得到运算结果，作为所述驱动模块的驱动信号。

本发明的方案，采用三相电采样检测电路、故障判断电路和比较输出保护电路三个电路对输入三相电源缺相时进行缺相故障检测及保护，结构简单、检测准确。在三相电缺相的情况下，通过保护电路进行晶闸管驱动信号的封锁来达到缺相保护作用。

图2为本发明的方案提出的带缺相保护装置的变频器软启动系统的一实施例的结构示意图。如图2所示，带缺相保护装置的变频器软启动系统，包括：整流单元、母线电容单元、缺相检测系统、软启动控制系统和晶闸管驱动模块。三相交流电源如380V AC，经整流单元后输出至母线电容单元。整流单元，包括：半控整流桥。该半控整流桥，包括：晶闸管D₁、晶闸管D₂、晶闸管D₃、二极管D₄、二极管D₅、二极管D₆。晶闸管驱动模块连接至晶闸管D₁、晶闸管D₂、晶闸管D₃。缺相检测系统，包括：缺相检测模块和缺相保护模块，缺相检测模块和缺相保护模块连接至晶闸管驱动模块。软启动控制系统，包括：触发信号产生模块、移相信号产生模块、同步信号产生模块和电压采样模块。电压采样模块，能够采样母线电容电压的母线电压和电机的线电压或相电压。电压采样模块，分别经移相信号产生模块和同步信号产生模块后，输出至触发信号产生模块。触发信号产生模块，输出至缺相保护模块。母线电容单元，包括：母线电容和均压电阻。

参见图2所示的例子，在大功率变频器软启动系统中，采用的是由晶闸管及二极管组成的三相半控整流拓扑。在该软启动装置中采用的是硬件控制的方式，触发脉冲通过电压采样模块、移相信号产生模块、同步信号产生模块和触发信号产生模块生成，在触发角从180°到0°的变化，触发脉冲宽度不断增大，即导通区间不断变大，母线电压不断升高。触发角减小到0°时，便完成了变频器的软启动。

采集三相输入线电压U_UV、U_VW、U_WU，并通过运算放大器获得其反向值U_VU、U_WV、U_UW；U_UW、U_VU、U_WV分别与零点为进行比较分别获得U、V、W三相的同步信号，此同步信号即为各相晶闸管的180°触发区间；U_UV和U_UW、U_VU和U_VW、U_WU和U_WV两两为一组，取每组的最大值，分别生成U、V、W三相的马鞍波信号；各相的马鞍波与母线采样电压U_DC进行比较，生成移相信号；移相信号的有效区间随着母线电压的升高而增大；各相的同步信号与移相信号做“与”运算，便生成了该相的触发信号。该触发信号的区间越大，则反映了母线电压数值越高；为使晶闸管稳定导通，需要在触发晶闸管时使用多脉冲触发。利用非门或运放生成自激振荡的时钟，利用该时钟信号与触发信号做“与”运算，便生成了控制信号；在使用的软启动系统中，该系统输出的控制信号可直接输入到晶闸管驱动模块中生成驱动信号直接驱动晶闸管。但是在本发明中，该系统输出的控制信号需与缺相故障信号FO做“与”运算，若无缺相故障(即缺相故障信号FO为高电平信号)，该控制信号正常输出，并输入到晶闸管驱动模块中生成驱动信号直接驱动晶闸管。若发生缺相故障(即缺相故障信号FO为低电平信号)，该控制信号无法输出，相当于晶闸管驱动模块无法生成驱动信号驱动晶闸管。

相关方案中的三相交流电缺相检测电路，是通过对交流电整流、分压再通过比较器和参考电压进行比较后输出缺相检测结果给相关电路，比如给MCU/DSP控制单元使用，通过软硬件结合的方式来实现，该检测电路会存在检测不准确的问题。而本发明的方案中，应用于大功率变频器的缺相保护装置，完全采用硬件电路的方式来实现缺相检测及保护，电路简单易行。带缺相保护装置的变频器软启动系统，当发生三相缺相的情况时，输出缺相保护信号，封锁晶闸管的驱动信号，使三个晶闸管均不导通，能够实时监测电网的缺相情况，并在电网发生缺相故障后对电路进行缺相保护。

在一些实施方式中，所述三相电采样模块，包括：第一上拉模块、第二上拉模块、第一分压模块、A相电采样支路、B相电采样支路和C相电采样支路。第一上拉模块，如电阻R4。第一分压模块，如电阻R5、电阻R6。第二上拉模块，如电阻R11。

其中，第一直流电源，如+15V电源，经所述第一上拉模块后，分别连接至所述A相电采样支路、所述B相电采样支路和所述C相电采样支路。

所述第一直流电源，还经所述第一分压模块后，分别为所述A相电采样支路、所述B相电采样支路和所述C相电采样支路提供第一基准电压。

第二直流电源，如+5V电源，经所述第二上拉模块后，分别对所述A相电采样支路、所述B相电采样支路和所述C相电采样支路输出的第一比较结果进行上拉处理。

其中，所述A相电采样支路、所述B相电采样支路和所述C相电采样支路的公共端相连。

在一些实施方式中，所述A相电采样支路、所述B相电采样支路和所述C相电采样支路的结构相同。

在一些实施方式中，所述A相电采样支路，包括：第一限流模块、第一整流模块、第一隔离模块、第一比较模块。第一限流模块如电阻R1，第一整流模块如二极管D1，第一隔离模块如光耦OC1，第一比较模块如比较器U1。

其中，所述三相交流电中的A相交流电，经所述第一限流模块、所述第一整流模块和所述第一隔离模块后，输出至所述第一比较模块的同相输入端。

所述第一比较模块的同相输入端，连接至所述第一上拉模块。所述第一分压模块的分压点，如电阻R5和电阻R6的公共端，连接至所述第一比较模块的反相输入端。所述第一比较模块的输出端，输出至所述故障判断模块的输入端。

其中，所述第一整流模块的一端，作为所述A相电采样支路、所述B相电采样支路和所述C相电采样支路的公共端中的第一公共端。所述第一分压模块的分压点，作为所述A相电采样支路、所述B相电采样支路和所述C相电采样支路的公共端中的第二公共端。所述第一比较模块的输出端，作为所述A相电采样支路、所述B相电采样支路和所述C相电采样支路的公共端中的第三公共端，也作为所述三相电采样模块的输出端。

在一些实施方式中，所述第一整流模块，包括：第一整流二极管，如二极管D1。所述第一隔离模块，包括：第一光耦，如光耦OC1。

所述第一整流二极管的阳极，与所述第一光耦中二极管侧的阴极连接，且作为所述第一公共端。

图3为本发明的方案提出的应用于变频器软启动系统的缺相保护系统的一实施例的结构示意图。如图3所示，应用于变频器软启动系统的缺相保护系统，即图2所示的缺相检测系统。在缺相检测系统中，缺相检测模块，包括：三相电采样检测电路和故障判断电路。缺相保护模块，包括：比较输出保护。

其中，三相电采样检测电路，包括：A相电采样检测支路、B相电采样检测支路、C相电采样检测支路、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R11。A相电采样检测支路，包括：电阻R1、二极管D1、光耦OC1、比较器U1。B相电采样检测支路，包括：电阻R2、二极管D2、光耦OC2、比较器U2。C相电采样检测支路，包括：电阻R3、二极管D3、光耦OC3、比较器U3。

三相交流电的A相，经限流电阻R1后，连接至二极管D1的阴极，还连接至光耦OC1中发光二极管的阳极。二极管D1的阳极连接光耦OC1中发光二极管的阴极。二极管D1的阳极，还与二极管D2的阳极、二极管D3的阳极连接。光耦OC1中晶体管侧的集电极，经电阻R4后接+15V电源。光耦OC1中晶体管侧的集电极，还与光耦OC2中晶体管侧的集电极、光耦OC3中晶体管侧的集电极连接。光耦OC1中晶体管侧的发射极、光耦OC2中晶体管侧的发射极、光耦OC3中晶体管侧的发射极接地。+15V电源，还经电阻R5和电阻R6后接地，且连接至光耦OC3中晶体管侧的发射极。光耦OC1中晶体管侧的集电极，还连接至比较器U1的同相输入端。光耦OC2中晶体管侧的集电极，还连接至比较器U2的同相输入端。光耦OC3中晶体管侧的集电极，还连接至比较器U3的同相输入端。电阻R5和电阻R6的公共端，连接至比较器U1的反相输入端。

+5V电源，经电阻R11后，分别连接至比较器U1的输出端、比较器U2的输出端、以及比较器U3的输出端。

参见图3所示的例子，本发明的方案提出的一种应用于变频器的缺相保护装置中，三相电(如A相、B相、C相)经过限流电阻(如电阻R1、电阻R2和电阻R3)后连接至光耦(如光耦OC1、光耦OC2和光耦OC3)中发光二极管的阳极，三个光耦中发光二极管的阴极相连。

在一些实施方式中，所述故障判断模块，包括：开关管模块、比较模块和充放电模块。开关管模块如三极管Q1，比较模块如比较器U4，充放电模块如电容C1和电阻R8。

其中，所述三相电采样模块的输出端经所述开关管模块后，输出至所述比较模块的反相输入端，并连接至所述充放电模块。所述比较模块的同相输入端，作为第二基准电压的输入端。所述比较模块的输出端，能够输出所述三相交流电源是否缺相的缺陷故障输出信号。

在一些实施方式中，所述开关管模块，包括：第三上拉模块和三极管第三上拉模块如电阻R7，三极管如三极管Q1。所述比较模块，包括：比较器和第二分压模块。比较器如比较器U4，第二分压模块如电阻R9和电阻R10。所述充放电模块，包括：电容模块和电阻模块。电容模块，如电容C1。电阻模块，如电阻模块R8。

其中，所述三相电采样模块的输出端，连接至所述三极管的基极。第一直流电源，经所述第三上拉模块后，连接至所述三极管的集电极。所述三极管的发射极，连接至所述比较器的反相输入端，还连接至并联的所述电阻模块和所述电容模块。所述第二分压模块的分压点，连接至所述比较器的同相输入端。

参见图3所示的例子，故障判断电路，包括：三极管Q1、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、比较器U4。比较器U1的输出端、比较器U2的输出端、以及比较器U3的输出端，还连接至三极管Q1的栅极G。+15V电源，经电阻R7后连接至三极管Q1的集电极。三极管Q1的发射极，经并联的电阻R8和电容C1后接地。+15V电源经电阻R9和电阻R10后接地，电阻R9和电阻R10的公共端接比较器U4的同相输入端E。三极管Q1的发射极，还连接至比较器U4的反相输入端F。

在一些实施方式中，所述比较输出模块，包括：第一与门模块、第二与门模块和第三与门模块。第一与门模块如与门U5，第二与门模块如与门U6，第三与门模块如与门U7。

其中，所述第一与门模块的第一输入端，接所述故障判断电路的输出端。所述第一与门模块的第二输入端，接所述软启动单元的输出端。所述第一与门模块的输出端，输出用于控制所述晶闸管模块中第一晶闸管的驱动信号。第一晶闸管，如晶闸管D₁。

所述第二与门模块的第一输入端，接所述故障判断电路的输出端。所述第二与门模块的第二输入端，接所述软启动单元的输出端。所述第二与门模块的输出端，输出用于控制所述晶闸管模块中第二晶闸管的驱动信号。第二晶闸管，如晶闸管D₂。

所述第三与门模块的第一输入端，接所述故障判断电路的输出端。所述第三与门模块的第二输入端，接所述软启动单元的输出端。所述第三与门模块的输出端，输出用于控制所述晶闸管模块中第三晶闸管的驱动信号。第三晶闸管，如晶闸管D₃。

参见图3所示的例子，比较输出保护电路，包括：与门U5、与门U6和与门U7。比较器U4的输出端，能够输出缺相故障信号FO，至与门U5的第一输入端、与门U6的第一输入端、与门U7的第一输入端。触发信号产生模块，输出的晶闸管D₁的触发信号SCR_DRV1，输入至与门U5的第二输入端，与门U5的输出端输出晶闸管D₁的确定信号SCR_DRV_U。触发信号产生模块，输出的晶闸管D₂的触发信号SCR_DRV2，输入至与门U6的第二输入端，与门U6的输出端输出晶闸管D₂的确定信号SCR_DRV_V。触发信号产生模块，输出的晶闸管D₃的触发信号SCR_DRV3，输入至与门U7的第二输入端，与门U7的输出端输出晶闸管D₃的确定信号SCR_DRV_W。

图4为本发明的方案提出的缺相保护装置的一实施例的工作流程示意图。如图4所示，缺相保护装置即缺相检测系统的工作流程，包括：

步骤1、通三相电。

步骤2、判断三相电是否缺相，若是，则执行步骤3。否则，执行步骤4。

步骤3、判断在线电压是否接近零点处，若是，则执行步骤5。否则，执行步骤6。

步骤4、三相电中，相电压最大的光耦导通。三极管Q1的栅极G点为低电平信号，三极管Q1截止，比较器U4的同相输入端E点为低电平信号。比较器U4输出的缺相故障信号FO为高电平信号，无缺相故障，三相驱动信号正常输出。

步骤5、无光耦导通，三极管Q1的栅极G点为高电平信号，三极管Q1导通，电容C1充电，执行步骤7。

步骤6、相电压最大的光耦导通，极管Q1的栅极G点为低电平信号，三极管Q1截止，电容C1放电，执行步骤7。

步骤7、比较器U4的反相输入端F点的电位大于比较器U4的同相输入端E点的电位，比较器U4输出的缺相故障信号FO为低电平信号，缺相故障，三相驱动信号无信号输出。

参见图4所示的例子，本发明的方案提出的缺相保护装置具体工作原理为当A相的电压最大时，第一个光耦OC1导通，当B相的电压最大时，第二个光耦OC2导通，当C相的电压最大时，第三个光耦OC3导通，即相电压最大的那一相的光耦导通。当光耦导通之后，其输出端被下拉到地，则对应的比较器的正输入端(即同相输入端)为低电平信号，负输入端(即反相输入端)为+15V电源经电阻R5、电阻R6分压后的电压信号，故经过比较器后输出为低电平。三个比较器输出线与，只要有一个比较器输出为低电平，则三极管Q1的栅极G点为低电平信号。故在三相正常工作无缺相情况发生时，三极管Q1的栅极G点为低电平信号。当三极管Q1的栅极G点为低电平信号时，三极管Q1不导通，则比较器U4的负输入端输入低电平，比较器U4的正输入端为电源经电阻R9、电阻R10分压后的高电平信号，则比较器U4的缺相故障信号FO为高电平信号。比较器U4的缺相故障信号FO信号与软启动系统输出的三相晶闸管触发信号SCR_DRV1、SCR_DRV2、SCR_DRV3进行“与”运算，当比较器U4的缺相故障信号FO信号为高电平时，三相晶闸管驱动信号SCR_DRV_U、SCR_DRV_V、SCR_DRV_W正常输出，并输入到晶闸管驱动模块中进行晶闸管正常驱动。

当发生三相中某一相缺相时，则在两相线电压接近零点的位置三个光耦均截止，则三个光耦输出端均被上拉至+15V输入到对应比较器的正输入端，负输入端为+15V经电阻R5、电阻R6分压后的电压信号，则三个比较器输出均为高电平，则三极管Q1的栅极G点为高电平信号，三极管Q1导通，+15V电源通过电阻R7、电阻R8对电容C1进行充电，进行合适的电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10电阻匹配使确保电容C1充放电期间，比较器U4的反相输入端F点的电位始终大于比较器U4的同相输入端E点，比较器U4的负输入端输入为电容C1两端的电压信号，正输入端为+15V电源经电阻R9、电阻R10分压后的电压信号，则在三极管Q1导通，电容C1充电期间，比较器U4输出缺相故障信号FO为低电平。当两相线电压偏离零点时，相电压最大的那一相光耦导通，故对应比较器输出为低电平，三极管Q1的栅极G点为低电平信号，三极管截止，此时由电容C1对电阻R8进行放电，在电容C1放电期间，比较器U4的反相输入端F点的电位仍高于比较器U4的同相输入端E点，故此时比较器U4输出缺相故障信号FO信号仍为低电平。所以在整个三相缺相的过程中，比较器U4输出缺相故障信号FO信号始终为低电平，缺相故障信号FO与软启动系统输出的晶闸管触发信号SCR_DRV1进行“与”运算，当缺相故障信号FO信号为低电平时，三相晶闸管驱动信号SCR_DRV_U、SCR_DRV_V、SCR_DRV_W均为低电平被封锁，晶闸管无驱动信号均不导通，避免了因三相缺相而带来的设备损坏，达到缺相保护的效果。

相关方案中，电网缺相故障检测电路，主要采用软件的方式来进行电网缺相故障的检测，不仅电路结构复杂，而且无法快速响应电网变化，存在延时较大的技术问题。相比于相关方案中的软件方式检测，本发明的方案提出的应用于大功率变频器的缺相保护装置，由纯硬件电路构成，不仅电路结构简单，而且可及时响应电网变化，提高电网缺相故障的检测时效。其中，采用三个电路对输入三相电缺相时进行缺相故障保护，电路结构简单、体积小，既安全又能节约成本。

经大量的试验验证，采用本发明的技术方案，通过采用三相电采样检测电路、故障判断电路和比较输出保护电路，形成硬件电路，对输入三相电源缺相时进行缺相故障检测，当发生三相缺相的情况时，输出缺相保护信号，以在电网发生缺相故障后对电路进行缺相保护；从而，通过采用硬件电路进行三相电网缺相检测，能够提升检测准确性。

根据本发明的实施例，还提供了对应于变频器的缺相保护装置的一种变频器。该变频器可以包括：以上所述的变频器的缺相保护装置。

由于本实施例的变频器所实现的处理及功能基本相应于前述装置的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。

经大量的试验验证，采用本发明的技术方案，通过采用三相电采样检测电路、故障判断电路和比较输出保护电路，形成硬件电路，对输入三相电源缺相时进行缺相故障检测，当发生三相缺相的情况时，输出缺相保护信号，以在电网发生缺相故障后对电路进行缺相保护，能够及时响应电网变化，提高电网缺相故障的检测时效。

综上，本领域技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。

以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。