變頻器電壓電流典型檢測方法

1. 前言

　　變頻器最主要的特點是具有高效率的驅動性能及良好的控制特性。簡單地說變頻器是通過改變電機輸入電壓的頻率來改變電機轉速的。從電機的轉速公式可以看出，調節(jié)電機輸入電壓的頻率f，即可改變電機的轉速n。目前幾乎所有的低壓變頻器均采用圖1所示主電路拓撲結構。

　　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用的主回路拓撲。本文將重點討論這種結構在電壓、電流檢測設計中應注意的一些問題。變頻器在運行過程中為什么要對電壓、電流進行檢測呢?這就需要從電機的結構和控制特性上說起：

　?、偃喈惒诫妱訖C的轉矩是由電機的磁通與轉子內流過電流之間相互作用而產生的，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，嚴重時將燒毀電機。因此，頻率與電壓要成比例地改變，即改變頻率的同時控制變頻器輸出電壓，使電動機的磁通保持一定，避免弱磁和磁飽和現(xiàn)象的產生。

　　②變頻器運行中，過載起動電流為額定電流的1.2~1.5倍;過流保護為額定電流的2.4~3倍(根據不同性質的負載要求選擇不同的過流保護點);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行過程中的電流有關。

　?、蹫榱烁纳谱冾l器的輸出特性，需要對變頻器進行死區(qū)補償，幾種常用的死區(qū)補償方法均需檢測輸出電流。

　?、茈妱訖C在運轉中如果降低指令頻率過快，則電動狀態(tài)將變?yōu)榘l(fā)電狀態(tài)運行，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系，就需要對電壓進行及時、準確地檢測，給變頻器提供準確、可靠的信息，使變頻器在過壓時進行及時、有效的保護處理。同時變頻器上電過程、下電過程都需要判斷當前直流母線電壓的狀態(tài)來判斷程序下一步的動作。

　　鑒于電壓、電流檢測的重要性，在變頻器設計中采用對電壓、電流進行準確、有效檢測的方法是十分必要的。

　　2.在線測量電壓的幾種方案設計

　　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線電壓計算，則平均直流電壓 。在過電壓發(fā)生時，直流母線的儲能電容將被充電，主電路內的逆變器件、整流器件以及濾波電容等都可能受到損害，當電壓上升至約800V左右時，變頻器過電壓保護功能動作;另外變頻器發(fā)生欠壓時(350V左右)也不能正常工作。對變頻器而言，有一個正常的工作電壓范圍，當電壓超過或低于這個范圍時均可能損壞變頻器，因此，必須在線檢測母線電壓，常用的電壓檢測方案有三種。

　　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(-)。

　　變頻器控制回路的電源電壓一般采用開關電源的方式來獲得，利用開關變壓器的特點，在副邊增加一組繞組N4(匝數根據實際電路參數決定)作為母線電壓的采樣輸出，開關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，這樣既能起到強弱電隔離作用又能起到降壓作用，把此采樣信號經過處理可以送到DSP內進行A/D采樣實現(xiàn)各種保護工作。

　　2)線性光耦方案