變頻器電壓電流典型檢測方法

　　P為直流母線電壓正(+)，N為直流母線電壓負(fù)(-)。

　　在這種方式中，光耦的初級接受一組待測的摸擬電壓信號，次級輸出一對差動的電壓信號。輸入與輸出之間在一定范圍內(nèi)是一種線性的當(dāng)量關(guān)系。在設(shè)計(jì)應(yīng)用中必須分別給光耦的輸入、輸出端提供隔離的+5V電源，且運(yùn)放電路必須提供±15V電源，直流母線電壓經(jīng)過電阻分壓后接入光耦的輸入端，輸出信號線性地跟隨輸入信號地變化，光耦的輸出信號經(jīng)放大電路放大后提供給DSP進(jìn)行內(nèi)部處理。

　　由于此光耦的線性范圍較小，因此輸入端電阻的配置必須使輸入信號在光耦的線性范圍內(nèi)。

　3)電壓霍爾方案

　　采用電壓霍爾對母線電壓進(jìn)行測量，按霍爾使用要求必須提供±15V電源，且電源電壓的誤差不超過±5%，由于霍爾輸入端電流不超過10mA,可根據(jù)母線電壓的范圍及長時(shí)間工作發(fā)熱的要求配置輸入端電阻，此電壓霍爾的輸入、輸出已隔離，因此霍爾的輸出電流信號經(jīng)電阻R5、R6采樣轉(zhuǎn)換成電壓信號后再進(jìn)行處理(如濾波、放大等)可直接引入DSP，進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣計(jì)算。根據(jù)母線電壓檢測范圍的不同可選取不同耐壓等級的電壓霍爾傳感器。

　　表1為三種不同測量方案的對照表：

　　3在線測量電流的幾種方案設(shè)計(jì)

　　實(shí)時(shí)對變頻器輸出電流檢測的目的主要是防止過電流發(fā)生時(shí)損壞變頻器，以及為死區(qū)補(bǔ)償、無跳閘電流閉環(huán)控制提供實(shí)際反饋值。如果電流檢測不準(zhǔn)確、誤差過大，而變頻器又只能根據(jù)其內(nèi)部的測量結(jié)果來進(jìn)行保護(hù)和計(jì)算，就會形成誤動作。因此對電流的檢測就必須及時(shí)、準(zhǔn)確，常用的電流檢測電路有二種。

　　1)電流霍爾方案

　　霍爾電流傳感器是應(yīng)用霍爾效應(yīng)原理的新一代電流傳感器，能在電隔離條件下測量直流、交流、脈動以及各種不規(guī)則波形的電流。由于閉環(huán)霍爾電流傳感器的響應(yīng)時(shí)間小于 ,因此出現(xiàn)短路時(shí)，霍爾輸出電流信號經(jīng)采樣電阻轉(zhuǎn)換成電壓信號及時(shí)送到DSP，在IGBT 10us短路安全時(shí)間內(nèi)封鎖PWM驅(qū)動信號輸出，使IGBT得到可靠的保護(hù)。當(dāng)然，同電壓霍爾一樣，必須提供電流霍爾正常工作所要求的電源電壓，且電源電壓誤差不超過±5%。同時(shí)選擇電流霍爾元件時(shí)，線性范圍必須滿足IGBT最大工作電流的范圍。三電流霍爾方案中，直流側(cè)霍爾用來檢測橋臂直通故障，對響應(yīng)指標(biāo)有較高要求，輸出側(cè)兩相電流檢測用來完成死區(qū)補(bǔ)償、無跳閘電流閉環(huán)、過載、過流電流檢測。圖6.中的三霍爾方案二去掉了直流側(cè)霍爾，直通保護(hù)通過智能驅(qū)動光耦來保證，輸出側(cè)三霍爾除實(shí)現(xiàn)圖5中兩霍爾功能外，還可進(jìn)行輸出缺相檢測。

　　2)線性光耦方案

　　變頻器輸出電流經(jīng)低阻值、低感抗、高精度的采樣電阻進(jìn)行采樣，把得到的電壓信號經(jīng)線性光耦隔離、放大后送到DSP，經(jīng)DSP內(nèi)部處理對變頻器進(jìn)行保護(hù)，具體電路可參考電壓測量中線性光耦的電路，只是輸入信號端稍有不同。這種用法普遍應(yīng)用在小功率變頻器中。采樣電阻值的選擇應(yīng)兼顧最小的功耗和最大的精度這兩個(gè)因素。

　　4變頻器設(shè)計(jì)中對電壓電流傳感器性能指標(biāo)要求

　　a) 電磁兼容(EMC)要求：

　　隨著變頻器等電力電子裝置的廣泛使用，系統(tǒng)的電磁干擾(EMI)日益嚴(yán)重，相應(yīng)的抗干擾設(shè)計(jì)技術(shù)(即電磁兼容EMC)已經(jīng)變得越來越重要，這就要求電壓、電流傳感器自身抗干擾能力要強(qiáng)。

　　b) 供電電源要求：±15V±5%，在實(shí)際應(yīng)用中對供電電源的精度及干凈度要求較高，否則容易引起測量輸出不準(zhǔn)，甚至傳感器發(fā)熱損壞。

　　c) 溫度特性要求：工作環(huán)境溫度要求-10~+70℃，隨著溫度的升高，要求傳感器的輸出受溫度的影響越小越好。

　　d) 線性度要求 ：不同系列電壓電流傳感器的線性度是不同的，在高性能變頻器設(shè)計(jì)中采用線性度≤±0.1%F.S，線性范圍要大于測量電流的最大值。

　　e) 體積要求：體積越小越好，且性能穩(wěn)定。

　　f) 響應(yīng)時(shí)間要求：不同系列電壓電流傳感器的響應(yīng)時(shí)間是不同的，一般選用響應(yīng)時(shí)間較小的傳感器，如Tr ≤1μS。

　　隨著變頻器向高電壓、大功率方向的發(fā)展，電壓檢測越來越偏重于應(yīng)用霍爾或線性光耦的方法來檢測。