通用变频器检测与保护电路的设计策略探讨

时间：2024-06-01

赵志明

【关键词】变频器;电路;检测;保护;设计策略

通用变频器内部设计电路的过程中，需要对电路进行检测，然后将变频器和电机的运行状态，以数字化形式传输给中央处理器，中央处理器接收到数字信号之后，通过其中设定的算法进行处理，然后给各分部电路下发控制指令，控制变频器的频率输出，同时，还能够保护变频器以及电机。

一、变频器中应用的测量技术和元件

（一）电流的测量技术

变频调速控制系统中，想要控制电机力矩、运行电流强度、强化电流保护，可以通过控制保护变频器内部的电流测量信号进行控制，一般会通过直接串联取样电阻法、电流互感器法、霍尔传感器法进行测量[1]。霍尔传感器法测量磁场平衡性，主要是通过已知被测电流值，然后得到输出电流值，该传感器的测量精度相对较高，频带较宽，响应时间较短，过载较强，不会使检测电路发生损伤，是测量电流的主要技术。

（二）电压测量技术

变频调速控制系统中的电机输出力矩、运行电压、过压以及欠压保护情况，其主要是通过测量变频器内部电压信号，从而作为保护依据。测量电压信号的技术包括：电阻分压、电压互感器、霍尔传感器、线性光耦等方法，电阻分压以及电压互感器相对来说属于常用方法，霍尔电压传感器的测量原理和电流测量大致相同，在小功率变频器中应用高性能光耦，测量电压，其造价相对较低[2]。在测量直流母线高电压时，需要使用电阻分压方法，降低电压，从而得到没有隔离的低电压直流信号，然后再经过线性光耦，通过隔离处理，直接将其转换为和直流母线电压成正比的直流电压值，输送给模数转换，最后进行测量。

（三）速度测量方法

电力传动系统，需要使用变频器调控电动机速度，如果对于转速的要求较高，则需要使用矢量变频器，该变频器主要是对电动机的转子转速进行实时测量，使用转速测量仪以及光电编码器对速度信号进行采集，然后展开测量。光电编码器的测量精度较高，应用相对广泛。

二、变频器内部常用的测量以及保护电路方法

（一）电流测量过电流技术

变频器电流测量过电流保护电路原理为：霍尔传感器的输出端发生U、V两相电流测量信号，第二季运算放大器接收第一级的经过运算放大器放大22倍的两相电流测量信号。W相电流信号是U、V电流信号经过A9相加得到。两个比较器接收的每一相电流的输入，以正反向输入作为参考，电压为+10V以及-10V。如果相应的电压在两个电压值之间，表示三相电流水平是正常的。单稳态触发器接收来自三极管反相后的比较器输出值，当输出信号值为0，保护电路不会运行其功能，如果发生过流现象，输出信号为0时，多谐振荡器的入端信号值为一，那么，输出信号在通过单稳态触发器后，其输出信号就会变为1，在输出信号经过三极管放大后，关闭绝缘栅双极型晶体管驱动信号，然后通知中央处理器发送报警信号。将信号干扰瞬间，通过单稳态触发器展开处理，防止过电流保护电流，从而保证变频器的工作状态正常。

（二）电压测量、保护电路

1、变频器木箱直流电压的测量以及保护电路

测量电压、保护电路，需要使用线性光耦，能够实时测量直流母线电压，从而起到保护作用，还能够对制动电阻单元实行起停，使电路提供信号功能不受损伤。通过电流降低直流侧母线电压，然后再使用线性光耦进行隔离变换，进行逻辑比较运算，一系列处理后，会出现四种功能的对应信号。通常来说，直流母线电压的电压值为800V，就会引发电压保护，在降低到750V时，就会停止保护功能，M点电压和比较器的参考電压相比，其获得过电压信号，直流母线电压降低到400V，就会产生欠电压，从而引发保护，如果电压升高到460V时，就会自动停止保护。

2、变频器输出端电压值测量电路

变频器输出端电压值的测量是十分重要的，值得注意的是，无速度传感器的矢量控制和输出端电压值的精准检测息息相关。通常来说，对于输出电压肯时值以及有效值的要求较高，通过高速数字光耦技术进行检测是相对简单且高效的。小电容对单极性电压脉冲进行滤波，使其变为正弦半波，从而展示出逆变器交流压瞬时数值，然后再通过中央处理器进行处理，获取电压的瞬时值，从而得到有效值，最终进行控制。