变频器中几种典型的在线电压电流检测专项方案设计Word下载.docx

1、中间环节采用电容器这种变频器称之为交直交电压型变频器，这种方式是当前通用型变频器广泛应用主回路拓扑。本文将重点讨论这种构造在电压、电流检测设计中应注意某些问题。变频器在运营过程中为什么要对电压、电流进行检测呢？这就需要从电机构造和控制特性上说起：三相异步电动机转矩是由电机磁通与转子内流过电流之间互相作用而产生，在额定频率下，如果电压一定而只减少频率，那么磁通就过大，磁回路饱和，严重时将烧毁电机。因而，频率与电压要成比例地变化，即变化频率同步控制变频器输出电压，使电动机磁通保持一定，避免弱磁和磁饱和现象产生。变频器运营中，过载起动电流为额定电流1.21.5倍；过流保护为额定电流2.43倍（依照不

2、同性质负载规定选取不同过流保护点）；此外尚有电流闭环无跳闸、失速防止等功能都与变频器运营过程中电流关于。为了改进变频器输出特性，需要对变频器进行死区补偿，几种惯用死区补偿办法均需检测输出电流。电动机在运转中如果减少指令频率过快，则电动状态将变为发电状态运营，再生出来能量贮积在变频器直流电容器中，由于电容器容量和耐压关系，就需要对电压进行及时、精确地检测，给变频器提供精确、可靠信息，使变频器在过压时进行及时、有效保护解决。同步变频器上电过程、下电过程都需要判断当前直流母线电压状态来判断程序下一步动作。鉴于电压、电流检测重要性，在变频器设计中采用对电压、电流进行精确、有效检测办法是十分必要。下面分

3、别就几种办法进行探讨。2.在线测量电压几种方案设计变频器过电压或欠电压集中体当前直流母线电压值上。正常状况下，变频器直流电压为三相全波整流后平均值。若以380V线电压计算，则平均直流电压 。在过电压发生时，直流母线储能电容将被充电，主电路内逆变器件、整流器件以及滤波电容等都也许受到损害，当电压上升至约800V左右时，变频器过电压保护功能动作；此外变频器发生欠压时（350V左右）也不能正常工作。对变频器而言，有一种正常工作电压范畴，当电压超过或低于这个范畴时均也许损坏变频器，因而，必要在线检测母线电压，惯用电压检测方案有三种。1）变压器方案图2中，P为直流母线电压正（+），N为直流母线电压负（-

4、）。变频器控制回路电源电压普通采用开关电源方式来获得，运用开关变压器特点，在副边增长一组绕组N4（匝数依照实际电路参数决定）作为母线电压采样输出，开关变压器原边电压为母线电压，而副边输出电压随着原边输入电压变化而线性地发生变化，这样既能起到强弱电隔离作用又能起到降压作用，把此采样信号通过解决可以送到DSP内进行A/D采样实现各种保护工作。2） 线性光耦方案 P为直流母线电压正（+），N为直流母线电压负（-）。在这种方式中，光耦初级接受一组待测摸拟电压信号，次级输出一对差动电压信号。输入与输出之间在一定范畴内是一种线性当量关系。在设计应用中必要分别给光耦输入、输出端提供隔离+5V电源，且运放电路

5、必要提供15V电源，直流母线电压通过电阻分压后接入光耦输入端，输出信号线性地跟随输入信号地变化，光耦输出信号经放大电路放大后提供应DSP进行内部解决。由于此光耦线性范畴较小，因而输入端电阻配备必要使输入信号在光耦线性范畴内。3） 电压霍尔方案采用电压霍尔对母线电压进行测量，按霍尔使用规定必要提供15V电源，且电源电压误差不超过5%，由于霍尔输入端电流不超过10mA,可依照母线电压范畴及长时间工作发热规定配备输入端电阻，此电压霍尔输入、输出已隔离，因而霍尔输出电流信号经电阻R5、R6采样转换成电压信号后再进行解决（如滤波、放大等）可直接引入DSP，进行实时采样计算。依照母线电压检测范畴不同可选用

6、不同耐压级别电压霍尔传感器。表1为三种不同测量方案对照表： 表1.名称测量电压范畴响应时间检测精度所需电源组数价格隔离电压变压器方案 2400V 100ms0.3%-便宜2400V/50HZ/1min线性光耦方案 2500V 10us0.1%4组适中2500V/50HZ/1min电压霍尔 40us0.6%FS2组高3在线测量电流几种方案设计实时对变频器输出电流检测目重要是防止过电流发生时损坏变频器，以及为死区补偿、无跳闸电流闭环控制提供实际反馈值。如果电流检测不精确、误差过大，而变频器又只能依照其内部测量成果来进行保护和计算，就会形成误动作。因而对电流检测就必要及时、精确，惯用电流检测电路有二

7、种。1） 电流霍尔方案霍尔电流传感器是应用霍尔效应原理新一代电流传感器，能在电隔离条件下测量直流、交流、脉动以及各种不规则波形电流。由于闭环霍尔电流传感器响应时间不大于 ,因而浮现短路时，霍尔输出电流信号经采样电阻转换成电压信号及时送到DSP，在IGBT 10us短路安全时间内封锁PWM驱动信号输出，使IGBT得到可靠保护。固然，同电压霍尔同样，必要提供电流霍尔正常工作所规定电源电压，且电源电压误差不超过5%。同步选取电流霍尔元件时，线性范畴必要满足IGBT最大工作电流范畴。三电流霍尔方案中，直流侧霍尔用来检测桥臂直通故障，对响应指标有较高规定，输出侧两相电流检测用来完毕死区补偿、无跳闸电流闭

8、环、过载、过流电流检测。图6.中三霍尔方案二去掉了直流侧霍尔，直通保护通过智能驱动光耦来保证，输出侧三霍尔除实现图5中两霍尔功能外，还可进行输出缺相检测。变频器输出电流经低阻值、低感抗、高精度采样电阻进行采样，把得到电压信号经线性光耦隔离、放大后送到DSP，经DSP内部解决对变频器进行保护，详细电路可参照电压测量中线性光耦电路，只是输入信号端稍有不同。这种用法普遍应用在小功率变频器中。采样电阻值选取应兼顾最小功耗和最大精度这两个因素。4变频器设计中对电压电流传感器性能指标规定a）电磁兼容（EMC）规定：随着变频器等电力电子装置广泛使用，系统电磁干扰（EMI）日益严重，相应抗干扰设计技术（即电磁

9、兼容EMC）已经变得越来越重要，这就规定电压、电流传感器自身抗干扰能力要强。b）供电电源规定：15V5%，在实际应用中对供电电源精度及干净度规定较高，否则容易引起测量输出不准，甚至传感器发热损坏。c）温度特性规定：工作环境温度规定-10+70，随着温度升高，规定传感器输出受温度影响越小越好。d）线性度规定 ：不同系列电压电流传感器线性度是不同，在高性能变频器设计中采用线性度0.1%F.S，线性范畴要不不大于测量电流最大值。e）体积规定：体积越小越好，且性能稳定。f）响应时间规定：不同系列电压电流传感器响应时间是不同，普通选用响应时间较小传感器，如Tr 1S。5实验波形对比及结论：在直流母线电压PN约为300V时，分别用变压器方案、线性光耦方案、电压霍尔方案测试直流母线电压，各测试波形如下图所示：在上电后，电流霍尔原边直接加60A直流电流时观测霍尔原、副边信号波形如图10所示：上电后，观测加速过程中电流霍尔原副边信号波形如图11所示：通过在实际使用、对比发现，对电流检测还是由于霍尔器件应用原理简朴、信号解决以便、器件自身又具备一系列独特长处，使其在变频器中得到了广泛地应用。而随着变频器向高电压、大功率方向发展，电压检测越来越偏重于应用霍尔或线性光耦办法来检测。