變頻器電壓電流典型檢測(cè)方法

1. 前言

　　變頻器最主要的特點(diǎn)是具有高效率的驅(qū)動(dòng)性能及良好的控制特性。簡(jiǎn)單地說變頻器是通過改變電機(jī)輸入電壓的頻率來改變電機(jī)轉(zhuǎn)速的。從電機(jī)的轉(zhuǎn)速公式可以看出，調(diào)節(jié)電機(jī)輸入電壓的頻率f，即可改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速n。目前幾乎所有的低壓變頻器均采用圖1所示主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

　　部分1為整流器，作用是把交流電變?yōu)橹绷麟?，部?為無功緩沖直流環(huán)節(jié)，在此部分可以采用電容作為緩沖元件，也可用電感作為緩沖元件。部分3是逆變器部分，作用是把直流電變?yōu)轭l率可調(diào)整的三相交流電。中間環(huán)節(jié)采用電容器的這種變頻器稱之為交直交電壓型變頻器，這種方式是目前通用型變頻器廣泛應(yīng)用的主回路拓?fù)?。本文將重點(diǎn)討論這種結(jié)構(gòu)在電壓、電流檢測(cè)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的一些問題。變頻器在運(yùn)行過程中為什么要對(duì)電壓、電流進(jìn)行檢測(cè)呢?這就需要從電機(jī)的結(jié)構(gòu)和控制特性上說起：

　?、偃喈惒诫妱?dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩是由電機(jī)的磁通與轉(zhuǎn)子內(nèi)流過電流之間相互作用而產(chǎn)生的，在額定頻率下，如果電壓一定而只降低頻率，那么磁通就過大，磁回路飽和，嚴(yán)重時(shí)將燒毀電機(jī)。因此，頻率與電壓要成比例地改變，即改變頻率的同時(shí)控制變頻器輸出電壓，使電動(dòng)機(jī)的磁通保持一定，避免弱磁和磁飽和現(xiàn)象的產(chǎn)生。

　?、谧冾l器運(yùn)行中，過載起動(dòng)電流為額定電流的1.2~1.5倍;過流保護(hù)為額定電流的2.4~3倍(根據(jù)不同性質(zhì)的負(fù)載要求選擇不同的過流保護(hù)點(diǎn));另外還有電流閉環(huán)無跳閘、失速防止等功能都與變頻器運(yùn)行過程中的電流有關(guān)。

　?、蹫榱烁纳谱冾l器的輸出特性，需要對(duì)變頻器進(jìn)行死區(qū)補(bǔ)償，幾種常用的死區(qū)補(bǔ)償方法均需檢測(cè)輸出電流。

　　④電動(dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)中如果降低指令頻率過快，則電動(dòng)狀態(tài)將變?yōu)榘l(fā)電狀態(tài)運(yùn)行，再生出來的能量貯積在變頻器的直流電容器中，由于電容器的容量和耐壓的關(guān)系，就需要對(duì)電壓進(jìn)行及時(shí)、準(zhǔn)確地檢測(cè)，給變頻器提供準(zhǔn)確、可靠的信息，使變頻器在過壓時(shí)進(jìn)行及時(shí)、有效的保護(hù)處理。同時(shí)變頻器上電過程、下電過程都需要判斷當(dāng)前直流母線電壓的狀態(tài)來判斷程序下一步的動(dòng)作。

　　鑒于電壓、電流檢測(cè)的重要性，在變頻器設(shè)計(jì)中采用對(duì)電壓、電流進(jìn)行準(zhǔn)確、有效檢測(cè)的方法是十分必要的。

　　2.在線測(cè)量電壓的幾種方案設(shè)計(jì)

　　變頻器的過電壓或欠電壓集中表現(xiàn)在直流母線的電壓值上。正常情況下，變頻器直流電壓為三相全波整流后的平均值。若以380V線電壓計(jì)算，則平均直流電壓 。在過電壓發(fā)生時(shí)，直流母線的儲(chǔ)能電容將被充電，主電路內(nèi)的逆變器件、整流器件以及濾波電容等都可能受到損害，當(dāng)電壓上升至約800V左右時(shí)，變頻器過電壓保護(hù)功能動(dòng)作;另外變頻器發(fā)生欠壓時(shí)(350V左右)也不能正常工作。對(duì)變頻器而言，有一個(gè)正常的工作電壓范圍，當(dāng)電壓超過或低于這個(gè)范圍時(shí)均可能損壞變頻器，因此，必須在線檢測(cè)母線電壓，常用的電壓檢測(cè)方案有三種。

　　1)變壓器方案

　　圖2中，P為直流母線電壓正(+)，N為直流母線電壓負(fù)(-)。

　　變頻器控制回路的電源電壓一般采用開關(guān)電源的方式來獲得，利用開關(guān)變壓器的特點(diǎn)，在副邊增加一組繞組N4(匝數(shù)根據(jù)實(shí)際電路參數(shù)決定)作為母線電壓的采樣輸出，開關(guān)變壓器的原邊電壓為母線電壓，而副邊輸出電壓隨著原邊輸入電壓的變化而線性地發(fā)生變化，這樣既能起到強(qiáng)弱電隔離作用又能起到降壓作用，把此采樣信號(hào)經(jīng)過處理可以送到DSP內(nèi)進(jìn)行A/D采樣實(shí)現(xiàn)各種保護(hù)工作。

　　2)線性光耦方案