变频器中常见的检测与保护电路
交流变频器硬件设计
在变频器的硬件电路中，除逆变电路、整流、滤波电路之外，检测与保护电路同样是至关重要的。反馈量检测的精确程度，从某种意义上说，很大程度上决定了系统所能达到的控制品质。
涉及内容：变频器中常用的检测器件及电流、电压、转速、过热、电源缺相和接地故障等的检测与保护电路
1、引言
控制系统反馈量检测的精确程度，从某种意义上说，很大程度上决定了控制系统所能达到的控制品质。检测电路是变频调速系统的重要组成部分，它相当于系统的“眼睛和触觉”。检测与保护电路设计的合理与否，直接关系到系统运行的可靠性和控制精度。
2、变频器常用检测方法和器件
2.1 电流检测方法
电流信号检测的结果可以用于变频器转矩和电流控制以及过流保护信号。电流信号的检测主要有以下几种方法。
（1）直接串联取样电阻法：这种方法简单、可靠、不失真、速度快，但是有损耗，不隔离，只适用于小电流并不需要隔离的情况，多用于只有几个KV A的小容量变频器中。
（2）电流互感器法：这种方法损耗小，与主电路隔离，使用方便、灵活、便宜，但线性度较低，工作频带窄(主要用来测工频)，且有一定滞后，多用于高压大电流的场合。如图1所示。
图1 电流互感器示意图
图1中，R为取样电阻，取样信号为U S=I2R=I1R/m 式1
上式中，m为互感器绕组匝数。
电流互感器测量同相的脉冲电流I P时，副边也要用恢复二极管整流，以消除原边复位电流对取样信号的影响，如图2(a)所示。在这种电路中，互感器磁芯单向磁化，剩磁大，限制了电流测量范围，可以在副边加上一个退磁回路，以扩展其测量范围，如图2(b)所示。
图2 电流互感器及范围扩展
电流互感器检测后一般要通过整流后再用电阻取样，如图2(a)。由于主回路电流会有尖峰，如图3(a)，这种信号用于峰值电流控制和保护都会有问题。
随着脉宽的减小，前沿后斜坡峰值可能比前沿尖峰还低，就会造成保护电路误动作，所以要对电流尖峰进行处理。处理的方法见图3(b)，和R S并联一个不大的电容C S，再加一个
合适的RC参数，就能有效地抑制电流尖峰。如图3(c)所示。
（3）霍尔传感器法：它具有精度高、线性好、频带宽、响应快、过载能力强和不损失测量电路能量等优点。其原理如图4所示。
图4 霍尔电流检测方法
图4中，I P为被测电流，这是一种磁场平衡测量方式，精度比较高，若LEM的变流比为1:m，则取得电压U S也符合式(1)。在通用变频器中霍尔传感器已成为电流检测的主力。
2.2 霍尔传感器工作原理
随着现代工业的不断进步，不同场合对通用变频器的性能要求有所不同，但均体现出了高性能化的趋势。如新一代的高性能矢量控制变频器具有极强的功能，能实现快速动态响应，而它的实现依赖于变频器各检测电路中的传感器的性能。传统传感器在某些场合下已无法胜任，LEM传感器的作用与传统的电流互感器相同，它将普通互感器与霍尔器件、电子电路有机结合起来，既有普通互感器测量范围宽的特点，又有电子电路反应速度快的优点，它在通用变频器检测与保护电路中的应用有助于提高调速系统的控制性能及可靠性。
（1）LEM电流传感器
LEM电流传感器是利用霍尔效应的闭环电流传感器，是一种模块化的有源电子传感器，它把普通互感器与霍尔器件、电子电路有机地结合起来，既发挥了普通互感器测量范围宽的优势，又利用了电子电路反应速度快的长处，可以对直流、交流、脉动电流进行测量。图5是LEM电流传感器的原理图。
图5 LEM电流传感器原理图
LEM模块的工作原理是磁场平衡式的，即通过次级线圈的电流所产生的磁场补偿被测电流所产生的磁场，使霍尔器件始终处于检测零磁通的工作状态。其具体工作过程为：当被测回路有电流（ip）流过时，在导体周围产生一个强磁场，这一磁场被聚磁环聚集，并作用于霍尔器件输出一信号，这一信号经放大器放大并输入到功率放大器中，这时相应的功率管的导通压降改变，从而获得一个补偿电流（is），流经多匝导线产生一磁场（Hs），由于其与被测电流所产生的磁场（Hp）方向相反而使霍尔器件输出的信号逐渐减小，最后当is所产生的磁场与ip所产生的磁场相等时，is不再增加，这时霍尔器件就达到了零磁通检测。上述平衡过程是在极短的时间内完成的，是一个动态平衡过程，即被测电流任何变化都会破坏这一平衡磁场，而一旦磁场失去平衡，霍尔器件就会有信号输出，经放大器放大后，立即有相应的电流流过次级线圈进行补偿，因此，从宏观上看，次级补偿电流的安匝数在任何时间都与主电流的安匝数一样。在实际应用中，可通过测量电阻Rm（通常为外接）上的电压间接求出被测电流的大小。
由以上工作原理可知LEM电流传感器实质是一个“电流—磁—电压”变换器，其作用与传统的电流互感器基本相同，与普通传感器相比较，它又具有许多自身的特性和优势。
它有良好的输入输出间电隔离，原级电路与次级电路之间的绝缘电压一般为2～12kV （特殊要求下可达20～50kV），可以有效地保护副边的测量设备和人身安全。
传感器内部采用闭环结构，可以不失真地传递从0Hz（直流）至100kHz频带内的任何波形电流，响应速度快（小于1ms）。跟踪速度di/dt高于50A/ms，而普通互感器响应时间为10～20ms，不能满足系统对谐波进行实时检测并补偿的要求。
因为是补偿式测量，所以具有很高的准确度和线性度。测量精度优于1%原级额定电流，其线性度优于0.1 %。另外，由于传感器磁路几乎是零磁通工作，动态变化时又是快速补偿，所以传感器是无电感性器件。
过载能力强，当原边电流超负荷时，模块达到饱和，可自动保护。
LEM电流传感器着这些特性已经使其已成为电流检测的主力。
（2）LEM电压互感器
LEM电压传感器工作原理与其电流传感器相似，也是一种应用霍尔原理的闭环电流传感器。与应用LEM电流传感器有所不同的是，用电压传感器测量电压时，应在传感器原边回路上串联一外部电阻（R0）。所串联的外部电阻的大小是由用户根据原边电流与被测电压成一定的比值来确定的，LEM电压传感器的原理如图6所示。
图6 LEM电压传感器原理图
LEM电压传感器具有精度高、线性度好、低温漂、抗外界干扰能力强、共模抑制比高、反应速度快、频带宽等特点。
2.3 电压检测方法
电压信号检测的结果可以用于变频器输出转矩和电压控制以及过压、欠压保护信号。电压信号的检测可用电阻分压、线性光耦、电压互感器或霍尔传感器等方法。
（1）电阻分压法:用电阻网络将高压进行分压，得到按比例缩小的低电压。该方法使用简单，但其精度受外界环境(主要是温度)影响较大，且不能实现隔离，如果作为模拟反馈量进行a/d转换，需要加入隔离放大器。该方法适用于低压系统。
(2) 电压互感器法:与电流互感器类似，只能用于检测交流电压，适用于高压系统中。
(3) 霍尔电压传感器法:原理与霍尔电流传感器类似，如图7所示。
图7 霍尔电压检测方法
(4) 线性光耦法
霍尔电压传感器具有反应速度快和精度高的特点，但是在小功率的变频器中，采用霍尔传感器的成本昂贵，而采用高性能的光耦则可降低成本。像HP公司生产的线性光耦
HCNR200/201等具有很高的线性度和灵敏度，可精确地传送电压信号。
图8是一个用HCNR200/201测量电压的实际电路，光耦实际上起直流变压器的作用。图8中，原边运放采用的是单电源供电的LM2904，副边运放采用精密运放OP07。在测量直流高压时，应先采用电阻分压降压，以得到一个未经隔离的低压直流信号，然后经过线性光耦隔离将其变换成与之成正比的直流电压送入A/D转换测量。
图8 高压直流电压线性光耦测量电路
另外，完全可以利用光耦的线性和隔离功能结合直接串联分流器测量电流。
2.4 转速检测方法
变频调速系统的主要应用领域是电气传动系统，为实现诸如矢量控制等一类的高性能控制。系统中常常需要检测电机的转速，主要有2种方法:
(1) 测速发电机:测速发电机工作可靠，价格低廉，但存在非线性和死区的问题，且精度较差。
(2) 光电编码器:光电编码器与传动轴连接，它每转一周便发出一定数量的脉冲，用微处理器对脉冲的频率或周期进行测量，即可求得电机转速。光电编码器可以达到很高的精度，且不受外部的影响，可以用于高精度的控制中。
采用光电脉冲编码器检测转速，通常有3种方法:
a) m法:即测频法。在一定时间t内，对编码器输出的脉冲计数，从而得到与转速成正比的脉冲数m，若光电脉冲编码器一周输出p个脉冲，则转速为n＝60m/(pt)，n的单位为r/min。该法适用于中高速检测，因为转速越高，一定时间内的脉冲数就越多，分辨率和精度就越高。
b) t法:即测周期法，通过测量编码器发出脉冲的周期来计算电机转速。脉冲周期的测量是借助某一时钟频率确定的时钟脉冲来间接获得。若时钟频率为fc，测得的时钟脉冲数为m，则转速为n=60fc/(mp)，n的单位为r/min。该法与测频法相反，适用于较低转速。
c) m/t法:结合了m法和t法各自的特点，由定时器确定采样周期t，定时器的定时开始时刻总与编码器的第一个计数脉冲前沿保持一致，在t时间内得到脉冲数m1，同时，另一个计数器对标准的时钟脉冲进行计数，当t定时结束时，只停止对编码器的计数，而t结束后光电脉冲编码器输出第一个脉冲前沿时，才停止对标准时钟脉冲的计数，并得到计数值
m2，其持续时间为td=t+δt。其时序如图9所示。可以推导出此时转速可表示为n=60fsm1/(pm2)。
图7 m/t法的时序
m/t法是转速检测的较为理想的手段，可在宽的转速范围内实现高精度的测量，但其硬件和数据处理的软件相对复杂。
3 电流检测与保护电路
3.1 电流传感器检测的过流保护电路
变频器驱动的负载―电动机不同于其它负载(如电热炉、电解、电镀等)，它是将电能转换为机械能的装置，既有电气行为又有机械旋转运动，电机启动带来的电气和机械冲击问题历来是工程师们关注的焦点，无论是电气绝缘破损还是机械故障都可能使变频器因过电流而损坏，过电流故障从来就是变频器最常见的故障，也是损坏变频器最主要的原因。那么变频器过电流的原因是什么呢？其实，输出短路、电机绕组破损、机械负载堵转、电机加速过快、逆变主开关器件失效、干扰造成的误导通(即直通)等都能导致变频器过电流。
过流保护最简单的方法是熔断器保护法，但这种保护动作慢，不足以实现快速保护，尤其是不能直接保护IGBT、MOSFET等导通时间小的高性能器件。
图10所示的检测电路中，有一些能检测各种过流信号，经处理后可送到ic控制芯片的保护端(shot down or close)，或直接封锁开关管的驱动脉冲，如图10(b)所示。
图10 过流保护电路
图10中的过流保护都是可以自恢复的，也就是说，当过流现象消失后，也就不再保护。在实际电路中，过流一般都是不正常现象，或者说是故障。所以，过流保护应该是不可以自恢复的，需要停电排除故障后人工恢复逆变电路的工作。这种不可以自恢复的电路可以用反馈自锁或者用可控硅电路实现，如图11所示。
图11 不可恢复的过流保护电路
3.2 开关管过流状态自识别保护
我们知道，开关管的导通压降是和导通电流有关的，当开关管过流时，其导通压降会明显上升。因此，我们可以通过检测开关管的导通压降，与正常值比较，并与截止状态相区别，从而识别出开关管的过流状态，以GTO为例，实际电路如图12所示。
图12 GTO门极驱动和过流状态自识别保护电路
图12中，要开通GTO时，a 点电位由低变高，O点出现一个正脉冲，T4导通，d 点变低，e 点变高，f 点变低，T5截止，T6导通，GTO导通。GTO导通后，d 点保持低电平。当发生过流时，d 点变高，当高于e 点时(设置的过流点)，f 变高，T5导通，T6截止，T7导通，GTO关断，实现过流保护。
在许多开关管驱动芯片或厚膜电路中都设置了这一项功能。例如，EXB841型IGBT厚膜驱动电路中，6号端就是通过二极管D来识别IGBT开关管过流状态并通过保护电路来保护的。而且，这种保护电路还可以实现软关断功能。
3.3 变频器实用电流检测及过流保护电路举例
如图13所示为日本fuji公司设计的变频器常用的电流检测及过流保护电路。
图13 变频器常用的电流检测及过流保护电路
其设计思路和原理如下。
电流检测信号来自逆变器U、V两相输出端的霍尔电流传感器，霍尔元件通过插座CN2获得15v电源。U、V两相电流检测信号经首级运放A6和A5放大20倍后送入二级运放A8和A7。调整二级运放的放大倍数即可整定过流保护动作值。U、U两相电流通过反相加法器A9叠加获得W相电流信号。U、V、W各相电流分别同时送入两个比较器的正、反相输入端。比较器正、反相输入端的参考电压分别为+10v和-10v。当三相电流正常时其对应的电压在±10v之间，六个比较器相与后输出为1，此信号经三极管反相后送入由多谐振荡器D4528组成的单稳态触发器，-Q输出为0，比较器A17、A18输出信号也应为0，保护电路不动作。
一旦过流，比较器相与后输出信号为0，D4528的输入信号(5脚)为1，其输出经单稳延时后才变为1，通过三极管VT2放大后去关闭IGBT的驱动信号并通知CPU发出过电流报警信号。单稳态触发器的作用是这样的:在延时期间若电流恢复正常，则D4528的输出信号不改变，这就避免了一些干扰信号或瞬间尖峰电流造成的保护电路误动作，保证了变频器正常工作。
4 电压检测与保护电路
4.1 变频器直流侧电压检测与保护电路
尽管我们在分析SPWM变频器原理的时候经常假设变频器直流侧电压是不变的，但事实上它一直是波动的。交流电网电压的波动、负载瞬变、整流器功率器件的断续导电、或者输入电源缺相等等都会引起直流电压变化。
实际上，无论是对主电路器件及电动机的保护，还是对直流侧和交流输出电压的计量和显示，乃至高性能控制策略的实施都经常需要直流电压的瞬时值或有效值。
例如近年来人们已经发现性能优越的矢量控制对直流中间环节电压和负载的扰动十分灵敏，当装置运行在弱磁条件下时，中间直流电压的降低可能导致电流失控和失去磁场的方位，几乎所有的解决方案都需要精密检测直流环节的电压，因此合理设计直流测电压检测电路显得非常重要。
变频器主电路中间环节的电压信号的检测可采用电阻分压、线性光耦、电压互感器或霍尔传感器等。
图14 直流电压检测与控制及保护电路
(1)基于线性光耦的电压检测与保护电路
图14所示为常用的基于线性光耦的电压检测与保护电路，它具有直流电压实时检测、直流过压保护、欠压保护及制动单元启停等功能，并为控制电路和显示电路提供信号。直流侧电压采用电阻进行分压降压，经过线性光耦TLP559后分压变为弱电电压信号。然后经逻辑比较和线性运算电路处理输出与上述四种功能对应的信号。
(a) 直流电压检测电路直流电压经R501和R502分压转变弱电信号，经线性光耦
TLP559变换和隔离后再通过R186调节，送入电压跟随器，以增强带载能力。电路由IC120，
IC121A ，IC121B ，IC121C 及电阻组成。
由于直流侧电压很高，测量范围上限一般定为850V ，若测量范围定为0~850V ，因受
A/D 转换器位数的限制，则测量和显示分辨率低，影响控制和显示精度。考虑到变频器在正
常工作时，其直流侧电压总是大于500V ，因此可在电路中增设减法电路，将测量下限值提
高到500V ，这样就将测量范围缩为0~350V 。该减法电路由IC121C 及电阻组成，使得
Ud=500V 时，Un=0V 。N 点电压用于控制及显示。
(b) 制动单元驱动电路 对于电压型变频器，为了限制电机在减速制动时在直流侧产生
的泵升电压，保证变频器正常运行实现快速制动，需设计制动单元驱动电路，控制连接制动
电阻的IGBT 。
电机制动单元驱动电路由IC122C 及电阻组成。电动机工作于发电状态且使直流母线电
压Ud 超过上限阈值U dlh 时，Z 点即输出高电平，使连接制动电阻的IGBT 导通，将直流母
线上的能量消耗在制动电阻上，迫使Ud 回落;当Ud 小于下限阈值U dll 后再关断IGBT 。为
避免在某一点附近频繁切换，电压控制采用滞环控制方式，即U dlh >U dll 。
电动机发电状态结束后，必须断开制动电阻，因此要大于电动状态时可能出现的最高直
流母线电压U dm 。设三相电网电压波动为+15%~-15%，则经整流后，直流母线上可能出现的最高电压为V U D M 66015.122032=???=
故取U dlh =660V ，由公式可得Un=3.7647V 接入制动电阻，Un=2.8235V 断开制动电阻。由图
14电路参数可得：
选择R193=10k ，R194=137.5k ，R196=30k ，R233=6.2k ，R234=15k ，可满足上述要求。
(c) 直流过压保护
图14电路中，m 点的电压通过与比较器IC122B 参考电压比较，得到过压信号，送故
障处理单元和数字显示电路，并由LED104显示其状态。
设Ud 升至800V 时过压保护动作，降至750V 时恢复，即由公式可得Um=9.41V 过压
保护动作，Um=8.82V 时恢复
比较器下限:
选择R164=15k，R165=300k，R173=310k，R235=6.8k，R236=2.31k，可满足上述要求。
(d) 直流欠压保护
同样地，图14电路中，m点的电压通过与比较器IC122A参考电压比较，得到欠压信号，送故障处理单元和数字显示电路，并由LED107显示其状态。
设Ud降至400V时欠压保护动作，再升至460V恢复，由图14可以分析出Um=4.7059V 时欠压保护动作，Um=5.4118V时恢复。设比较器下限为U mll，比较器上限为U mlh：
选择R185=10k，R172=7.5k，R177=10k，R179=153.85k，R180=355.45k，可满足上述要求。
(2) 基于电阻分压法的电压检测与保护电路
图15是日本fuji公司设计的变频器常用的基于电阻分压法的欠压和过压保护电路。
图15 基于电阻分压法的电压检测与保护电路
直流电压检测从中间直流回路并联的分压电阻两端采集信号。直流高电压(约540~600V)经R61、R62分压后，分别送至4个比较器A~A4的正相输入端与4个参考电压A、B、C、D比较，以完成过压和欠压保护并通知CPU发出相应的报警信号。
比较器参考电压取自电阻R51~R57组成的分压器，10v标准电压经电阻分压后取出4个不同的参考电压分别送至4个比较器的反相输入端，比较器的输出信号经光耦隔离、阻容滤波之后再经施密特反向器关闭IGBT，同时送CPU进行处理。
正常状态下，电压取样值(3v左右)处于B点和C点的电位之间，比较器A1、A2输出“0”，A3、A4输出“1”。经过隔离、滤波、反向处理，最终的输出在图中由上到下为0011，这是正常工作信号。B、C间的电压范围较大，当交流电源电压在300~460V间变化时，变频器正常工作。一旦交流电源电压高于460V，电压取样随即高于B点电压，位于A、B电位之间，A1输出0，A2、A3、A输出1，电路输出过压信号0111，而当电源电压降至300V 以下，电压取样立即低于C点电压，处于C、D电位之间，A1、A2、A3输出0，A4输出1，此时电路输出欠压信号0001。这样，变频器便发出过压或欠压预报警信号，并按预定的控制顺序关机。
4.2 变频器输出电压检测电路
前面已经提到，变频器在调频的同时必须调压，因此逆变器输出交流电压的控制与检测是至关重要的。采用高速数字光耦是一种测量变频器交流输出电压的简单而有效的方法。高速数字光耦6N136，6N137，HCPl3120，PC900V等具有体积小、寿命长、抗干扰性强、隔离电压高、高速度、与TTL电平兼容等优点，在数据信号处理和信号传输中应用的十分广泛，可用来检测变频器交流输出电压。这里介绍一种简单实用的用线性光耦实现的变频器输出电压检测的电路，如图16所示。
图16 变频输出交流电压检测电路及光耦结构图
利用光耦6N137和电阻降压电路采集逆变器U、V、W三相输出对直流环节负极N的电压信号，这样三相信号都变为单极性SPWM电压脉冲，便于与单向光耦匹配。单极性SPWM脉冲电压经小电容滤波后便成为如图15所示的比较平滑的正弦半波信号，它反映了逆变器交流电压(半波)的瞬时值，然后送相应的CPU或ASIC处理，根据需要既可以得到电压的瞬时值，也可以计算出电压的有效值。既能满足控制的需要，又可以满足显示计量的需求。例如，日本SANKEN公司研究的电压矢量控制变频器就是利用这种电路完成对交流输出电压的测量，控制效果良好。
5 变频器中的其它检测与保护电路
图17 过热检测电路
5.1 过热检测与保护电路
功率稍大的风冷式变频器中的散热系统一般都是由多个散热器组成，并配备轴流风机。每一块散热器上各安装一只热敏元件，如图17中所示的PTH1~PTH3，有些变频器在主控板上也安装一只热敏元件，如图16中所示的PTH4。四只热敏元件串联后接光耦元件P4。正常状态下，热敏元件为常闭触点，光耦导通输出信号为0;当散热片过热时热敏元件断开，光耦截止，输出信号为1，该信号经RC波后去关闭IGBT的驱动信号并通知CPU发出过热报警信号。
5.2 电源缺相和接地故障检测电路
电源缺相和接地故障检测常用的方法是通过套在主回路(输入或输出)上的电流互感线圈检测三相电流平衡程度来实现的，其原理图见图18。正常时光耦截止输出为1。当某相电源对地漏电或缺相时，由于三相电流不平衡检测线圈会感应出电势，光耦P521导通，发出故障信号。
5.3 熔断器熔断检测电路
熔断器检测是从FUSE两端取电压信号，其原理图见图18。快熔正常时，两端电压极小，保护电路不动作。当快熔因过流烧断时，两端电压变高，光耦导通发出故障信号，经两个施密特反相器驱动后送至CPU。
图18 缺相、接地故障熔断器熔断检测电路
通用变频器的过电流保护功能
当变频器的输出侧发生短路或电动机堵转时，变频器将流过很大的电流，从而造成电力半导体的损坏。为了防止过电流，变频器中设置有过电流保护电路。当电流超过某一数值时，变频器或者通过关断电力半导体器件切断输出电流，或者调整电动机的运行状态减少变频器的输出电流。 例如，如果电动机的启动时间设置过短，或者转动惯量太大时，启动时常会发生过电流，这时可以重新设置启动时间。对于新一代变频器，在电流超过额定电流的一定范围内，允许变频器运行一段时间，变频器的输出频率保持不变，此时电动机的启动时间将比设定时间要长。如果启动时间设置太短，则切断变频器的输出。 变频器为了实现过电流保护，需要从变频器的硬件和软件两个方面采取措施。由于软件处理时受到采样时间以及微处理器的处理速度的限制，因此对于某些快速变化的过电流不能进行保护。这种情况下，通常采用硬件电路进行保护。例如，在主电路电力半导体器件驱动电路中包括过电流的检测和封锁驱动信号的保护电路，它不经过CPU的处理，可以实现对变频器的快速保护。当硬件保护电路动作时，它还会给CPU发出中断信号，CPU据此进行相应的处理。 艾驰商城是国内最专业的MRO工业品网购平台，正品现货、优势价格、迅捷配送，是一站式采购的工业品商城！具有10年工业用品电子商务领域研究，以强大的信息通道建设的优势，以及依托线下贸易交易市场在工业用品行业上游供应链的整合能力，为广大的用户提供了传感器、图尔克传感器、变频器、断路器、继电器、PLC、工控机、仪器仪表、气缸、五金工具、伺服电机、劳保用品等一系列自动化的工控产品。 如需进一步了解台达变频器、三菱变频器、西门子变频器、安川变频器、艾默生变频器的选型，报价，采购，参数，图片，批发等信息，请关注艾驰商城https://www.360docs.net/doc/a37638687.html,/
变频器控制电路的工作原理
变频器控制电路的工作原理？ 各国使用的交流供电电源，无论是用于家庭还是用于工厂，其电压和频率均200V/60Hz（50Hz）或100V/60Hz（50Hz），等等。通常，把电压和频率固定不变的交流电变换为电压或频率可变的交流电的装置称作“变频器”。为了产生可变的电压和频率，该设备首先要把电源的交流电变换为直流电（DC）。把直流电（DC）变换为交流电（AC）的装置，其科学术语为“inverter”(逆变器)。由于变频器设备中产生变化的电压或频率的主要装置叫“inverter”，故该产品本身就被命名为“inverter”，即：变频器，变频器也可用于家电产品。使用变频器的家电产品中不仅有电机（例如空调等），还有荧光灯等产品。用于电机控制的变频器，既可以改变电压，又可以改变频率。但用于荧光灯的变频器主要用于调节电源供电的频率。汽车上使用的由电池（直流电）产生交流电的设备也以“inverter”的名称进行出售。变频器的工作原理被广泛应用于各个领域。例如计算机电源的供电，在该项应用中，变频器用于抑制反向电压、频率的波动及电源的瞬间断电。 2. 电机的旋转速度为什么能够自由地改变？
r/min电机旋转速度单位：每分钟旋转次数，也可表示为rpm.例如：4极电机60Hz 1,800 [r/min]，4极电机50Hz 1,500 [r/min]，电机的旋转速度同频率成比例。 本文中所指的电机为感应式交流电机，在工业领域所使用的大部分电机均为此类型电机。感应式交流电机（以后简称为电机）的旋转速度近似地确决于电机的极数和频率。由电机的工作原理决定电机的极数是固定不变的。由于该极数值不是一个连续的数值（为2的倍数，例如极数为2，4，6），所以不适和改变该值来调整电机的速度。另外，频率是电机供电电源的电信号，所以该值能够在电机的外面调节后再供给电机，这样电机的旋转速度就可以被自由的控制。因此，以控制频率为目的的变频器，是做为电机调速设备的优选设备。n = 60f/p，n: 同步速度，f: 电源频率，p: 电机极数，改变频率和电压是最优的电机控制方法。如果仅改变频率，电机将被烧坏。特别是当频率降低时，该问题就非常突出。为了防止电机烧毁事故的发生，变频器在改变频率的同时必须要同时改变电压，例如：为了使电机的旋转速度减半，变频器的输出频率必须从60Hz改变到30Hz，这时变频器的输出电压就必须从200V改变到约100V。例如：为了使电机的旋转速度减半，变频器的输出频率必须从60Hz改变到
变频器检测电路原理与维修
变频器检测电路例举 故障检测电路的主体电路还是由由运算放大器构成，通常，运算放大器被接成以下几种 类型的电路，完成着对信号模拟放大、比较输出和精密整流三种工作任务。 一、反相放大器电路： 图6.19 运算放大器反相放大电路 运算放大器，具有输入阻抗高（不取用信号源电流）、输出阻抗低（负载特性好）、放 大差模信号（两输入端信号之差）、抑制共模信号（两输入端极性与大小相同）和交、直流 信号都能提供线性放大的优良特性。 上图（ 1 ）、（2 ）、（3 ）、在电路形式上为反相放大器，输出信号与输入信号相位相反， 又称为倒相放大器。电路对输入电压信号有电压和电流的双重放大作用，但在小信号电路中，只注重对电压信号的放大和处理。电路的电压放大倍数取决于R2 （反馈电阻）与R1 （输入电阻）两者的比值。R3 为偏置电阻，其值为R1 、R2 的并联值。因R2 、R1 的选值（比值）不同，可完成三种信号传输作用，即构成反相放大器、反相器和衰减器三路信号处理电 路。（1 ）电路为反相放大器电路，电路放大倍数为 5 ；（ 2 ）电路为倒相器，对输入信号起到倒相输出作用，无放大倍数，不能称为放大器了。或输入0 ∽5V 信号，则输出0 ∽-5V 倒相信号；（ 3 ）电路为衰减器电路，若输入0 ∽10V 信号，输出0 ∽-3 。3V 倒相信号， 为一个比例衰减器。 图（1 ）、（2 ），（3 ）电路，有两个特征： 1 、输入、输出信号反相； 2 、无论是放大或 衰减或倒相电路，输出信号对输入信号维持一个比例输出关系，可以笼统地称为反相放大器， 因为倒相器的放大倍数为 1 ，而衰减器恰恰也是利用了电路的放大作用。 有趣的是，此三种反相放大器，在电流、电压检测电路中，都有应用。以电流检测电路为例： 这是因为，串于三相输出端的电流互感器内置放大器，输出信号已达伏特级的电压幅度，而CPU 的输入信号幅度又须在5V 以下的电压幅度内，故反续电流信号处理电路，有的采用 了有一定放大倍数的反相放大器；有的采用了倒相器电路，只是根据CPU 输入电压信号极 性的要求，只对信号进入了倒相处理，并不须再进行放大；部分电路为适配后级电路的信号 幅度范围，甚至采用了衰减器电路，对电流互感器来的电压信号衰减一下，再送入后级电路。检测电路中的模拟信号电路的供电，根据放大交流信号的要求，一般采用正、负15V 双电源供电。根据反相放大器的电路形式和运算放大器的电路特性，我们可找到相应的检测方法：
变频器电压电流典型检测方法
变频器电压电流典型检测方法 1.前言 变频器最主要的特点是具有高效率的驱动性能及良好的控制特性。简单地说变频器是通过改变电机输入电压的频率来改变电机转速的。从电机的转速公式可以看出，调节电机输入电压的频率f，即可改变电机的转速n。目前几乎所有的低压变频器均采用图1所示主电路拓扑结构。 部分1为整流器，作用是把交流电变为直流电，部分2为无功缓冲直流环节，在此部分可以采用电容作为缓冲元件，也可用电感作为缓冲元件。部分3是逆变器部分，作用是把直流电变为频率可调整的三相交流电。中间环节采用电容器的这种变频器称之为交直交电压型变频器，这种方式是目前通用型变频器广泛应用的主回路拓扑。本文将重点讨论这种结构在电压、电流检测设计中应注意的一些问题。变频器在运行过程中为什么要对电压、电流进行检测呢这就需要从电机的结构和控制特性上说起： ①三相异步电动机的转矩是由电机的磁通与转子内流过电流之间相互作用而产生的，在额定频率下，如果电压一定而只降低频率，那么磁通就过大，磁回路饱和，严重时将烧毁电机。因此，频率与电压要成比例地改变，即改变频率的同时控制变频器输出电压，使电动机的磁通保持一定，避免弱磁和磁饱和现象的产生。 ②变频器运行中，过载起动电流为额定电流的~倍;过流保护为额定电流的~3倍(根据不同性质的负载要求选择不同的过流保护点);另外还有电流闭环无跳闸、失速防止等功能都与变频器运行过程中的电流有关。 ③为了改善变频器的输出特性，需要对变频器进行死区补偿，几种常用的死区补偿方法均需检测输出电流。 ④电动机在运转中如果降低指令频率过快，则电动状态将变为发电状态运行，再生出来的能量贮积在变频器的直流电容器中，由于电容器的容量和耐压的关系，就需要对电压进行及时、准确地检测，给变频器提供准确、可靠的信息，使变频器在过压时进行及时、有效的保护处理。同时变频器上电过程、下电过程都需要判断当前直流母线电压的状态来判断程序下一步的动作。 鉴于电压、电流检测的重要性，在变频器设计中采用对电压、电流进行准确、有效检测的方法是十分必要的。 2.在线测量电压的几种方案设计 变频器的过电压或欠电压集中表现在直流母线的电压值上。正常情况下，变频器直流电压为三相全波整流后的平均值。若以380V线电压计算，则平均直流电压。在过电压发生时，直流母线的储能电容将被充电，主电路内的逆变器件、整流器件以及滤波电容等都可能受到损害，当电压上升至约800V左右时，变频器过电压保护功能动作;另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，有一个正常的工作电压范围，当电压超过或低于这个范围时均可能损坏变频器，因此，必须在线检测母线电压，常用的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(-)。 变频器控制回路的电源电压一般采用开关电源的方式来获得，利用开关变压器的特点，在副边增加一组绕组N4(匝数根据实际电路参数决定)作为母线电压的采样输出，开关变压器的原边电压为母线电压，而副边输出电压随着原边输入电压的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，把此采样信号经过处理可以送到DSP内进行A/D采样实现各种保护工作。 2)线性光耦方案
变频器常用的几种控制方式
变频器常用的几种控制方 式 Prepared on 22 November 2020
变频器常用的几种控制方式 变频调速技术是现代电力传动技术的重要发展方向，而作为变频调速系统的核心—变频器的性能也越来越成为调速性能优劣的决定因素，除了变频器本身制造工艺的“先天”条件外，对变频器采用什么样的控制方式也是非常重要的。本文从工业实际出发，综述了近年来各种变频器控制方式的特点，并展望了今后的发展方向。 1、变频器简介 变频器的基本结构 变频器是把工频电源(50Hz或60Hz)变换成各种频率的交流电源，以实现电机的变速运行的设备，其中控制电路完成对主电路的控制，整流电路将交流电变换成直流电，直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波，逆变电路将直流电再逆变成交流电。对于如矢量控制变频器这种需要大量运算的变频器来说，有时还需要一个进行转矩计算的CPU 以及一些相应的电路。 变频器的分类 变频器的分类方法有多种，按照主电路工作方式分类，可以分为电压型变频器和电流型变频器；按照开关方式分类，可以分为PAM控制变频器、PWM控制变频器和高载频PWM 控制变频器；按照工作原理分类，可以分为V/f控制变频器、转差频率控制变频器和矢量控制变频器等；按照用途分类，可以分为通用变频器、高性能专用变频器、高频变频器、单相变频器和三相变频器等。 2、变频器中常用的控制方式 非智能控制方式 在交流变频器中使用的非智能控制方式有V/f协调控制、转差频率控制、矢量控制、直接转矩控制等。
(1) V/f控制 V/f控制是为了得到理想的转矩-速度特性，基于在改变电源频率进行调速的同时，又要保证电动机的磁通不变的思想而提出的，通用型变频器基本上都采用这种控制方式。 V/f控制变频器结构非常简单，但是这种变频器采用开环控制方式，不能达到较高的控制性能，而且，在低频时，必须进行转矩补偿，以改变低频转矩特性。 (2) 转差频率控制 转差频率控制是一种直接控制转矩的控制方式，它是在V/f控制的基础上，按照知道异步电动机的实际转速对应的电源频率，并根据希望得到的转矩来调节变频器的输出频率，就可以使电动机具有对应的输出转矩。这种控制方式，在控制系统中需要安装速度传感器，有时还加有电流反馈，对频率和电流进行控制，因此，这是一种闭环控制方式，可以使变频器具有良好的稳定性，并对急速的加减速和负载变动有良好的响应特性。 (3) 矢量控制 矢量控制是通过矢量坐标电路控制电动机定子电流的大小和相位，以达到对电动机在d、q、0坐标轴系中的励磁电流和转矩电流分别进行控制，进而达到控制电动机转矩的目的。通过控制各矢量的作用顺序和时间以及零矢量的作用时间，又可以形成各种PWM波，达到各种不同的控制目的。例如形成开关次数最少的PWM波以减少开关损耗。目前在变频器中实际应用的矢量控制方式主要有基于转差频率控制的矢量控制方式和无速度传感器的矢量控制方式两种。 基于转差频率的矢量控制方式与转差频率控制方式两者的定常特性一致，但是基于转差频率的矢量控制还要经过坐标变换对电动机定子电流的相位进行控制，使之满足一定的条件，以消除转矩电流过渡过程中的波动。因此，基于转差频率的矢量控制方式比转差
中达VFD变频器电流检测电路
中达VFD-B型22kW变频器电流检测与保护电路 ——故障报警代码解密之一 本例机型的电流检测与保护电路，其电路结构与信号处理方式分为： 1）前级电流检测信号处理电路，用电流互感器取得输出电流信号； 2）电流检测电路的模拟信号处理电路，将前级电流检测信号进行模拟放大后，输入MCU 引脚； 3）接地故障信号处理电路，用比较器电路取得开关量故障报警信号； 4）过流故障信号处理电路，用比较器电路取得开关量故障报警信号。 为了检修上的方便，电流检测信号的输入端、输出端和运算放大器的输入、输出脚，标注了静态电压值，读者也可由标注电压值的不同，比较处于线性放大器区的模拟信号处理电路，和处于非线性放大区的电压比较器电路，两者的特点和不同。由之“推测”出变频器运行中对动态信号的处理过程，和故障时开关量输出信号的变化趋势。 注意：MCU主板电路中，部分小体积贴片电阻，没有阻值标注，只能标出在线测量值。如同属1kΩ电阻，以下电路图中标注102（有标注电阻）的，是实际值；标注为1kΩ（无标注电阻）的，是在线测量值，请读者予以注意。 1、前级电流检测信号处理电路 电流互感器CS1~CS3分别取出U、V、W运行电流信号，由集成运算放大器DU1内部3组放大器和外围元件构成的同相比例放大器，将信号电压放大约1.5倍后，送入后级电流检测电路。 注意，因电流互感器CS1~CS3焊装于一块小线路板上，经J1*/DJ2端子输入至DU1进行放大，再经DJP1/J1端子排引入MCU主板电路，检修过程中，为了测量方便，当J1*与DJ2的端子排脱离时，因3级同相放大器的同相输入端“悬空”，会使输出端电压由0V变为-13.6V （三组放大器的供电为+15V、-15V），则后级电路因输入异常的“过电流信号”，形成故障停机报警信号。 若J1*与DJ2的端子排脱离后，再为控制板上电，则报出“GFF”故障代码，意为输出端“接地故障”；若在上电后使之脱离，则报出“OC”故障代码，意为“过电流故障”。可见，当电流检测电路的“源头”产生异常时，后级各个检测电路同时有了异常信号输出时，MCU 先行判断并报出比较严重的故障，如接地故障等，以起到警示作用。操作显示面板显示OC或GFF故障代码时，可以操作面板STOP/RESET按键进行故障复位。 屏蔽该故障的方法，是解决DU1同相输入端子悬空的问题，可暂时将DU1的5、10、12脚短接后，再接供电电源地。
变频器电路中的制动电路
变频器电路中的制动控制电路 一、为嘛要采用制动电路 因惯性或某种原因，导致负载电机的转速大于变频器的输出转速时，此时电机由“电动”状态进入“动电”状态，使电动机暂时变成了发电机。一些特殊机械，如矿用提升机、卷扬机、高速电梯等，风机等,当电动机减速、制动或者下放负载重物时，因机械系统的位能和势能作用，会使电动机的实际转速有可能超过变频器的给定转速，电机转子绕组中的感生电流的相位超前于感生电压，并由互感作用，使定子绕组中出现感生电流——容性电流，而变频器逆变回路IGBT两端并联的二极管和直流回路的储能电容器，恰恰提供了这一容性电流的通路。电动机因有了容性励磁电流，进而产生励磁磁动势，电动机自励发电，向供电电源回馈能量。这是一个电动机将机械势能转变为电能回馈回电网的过程。 此再生能量由变频器的逆变电路所并联的二极管整流，馈入变频器的直流回路，使直流回路的电压由530V左右上升到六、七百伏，甚至更高。尤其在大惯性负载需减速停车的过程中，更是频繁发生。这种急剧上升的电压，有可能对变频器主电路的储能电容和逆变模块，造成较大的电压和电流冲击甚至损坏。因而制动单元与制动电阻（又称刹车单元和刹车电阻）常成为变频器的必备件或首选辅助件。在小功率变频器中，制动单元往往集成于功率模块内，制动电阻也安装于机体内。但较大功率的变频器，直接从直流回路引出P、N端子，由用户则根据负载运行情况选配制动单元和制动电阻。 一例维修实例： 一台东元7300PA 75kW变频器，因IGBT模块炸裂送修。检查U、V相模块俱已损坏，驱动电路受强电冲击也有损坏元件。将模块和驱动电路修复后，带电机试机，运行正常。即交付用户安装使用了。 运行约一个月时间，用户又因模块炸裂。检查又为两相模块损坏。这下不敢大意了，询问用户又说不大清楚。到用户生产现场，算是弄明白了损坏的原因。原来变频器的负载为负机，因工艺要求，运行三分钟，又需在30秒内停机。采用自由停车方式，现场做了个试验，因风机为大惯性负荷，电机完全停住需接近20分钟。为快速停车，用户将控制参数设置为减速停车，将减速时间设置为30秒。在减速停车过程中，电机的再生电能回馈，使变频器直流回路电压异常升高，有时即跳出过电压故障而停机。用户往往实施故障复位后，又强制开机。正是这种回馈电能，使直流回路电压异常升高，超出了IGBT的安全工作范围，而炸裂了。 此次修复后，给用户说明情况，增上了制动单元和制动电阻器后，变频器投入运行，几年来再未发生模块炸裂故障。 此种制动方式，加快机械惯性能量的消耗，利于缩短停车进程，将电机的再生发电能
变频器检测电路
变频器电压检测电路工作原理及故障实例分析 一、电路构成和原理简析 特定安全范围以内，若工作电源危及IGBT（包含电源本身的储通电容）器件的安全时，实施故障报警、使制动电路投入工作、停机保护等措施。此外，少数机型还有对输出电压的检测，在一定程度上，起到对IGBT导通管压降检测的同样作用，取代驱动电路中IGBT的管压降检测电路。 1、电压检测电路的构成、电压采样方式及故障表现 图1 电路检测电路的构成（信号流程）框图 1、电压检测电路的电压采样形式（前级电路） 1）直接对DC530V电压采样
图2 DC530V电压检测电路之一 直接对P、N端DC530V整流后电源电压进行进行采样，形成电压检测信号。如阿尔法ALPHA2000型18.5kW变频器的电压检测电路，如图2所示。 处理得到5V电源所提供，电源地端与主电路N端同电位。输出侧供电，则由主板+5V所提供。 直流回路P、N端的DC530V电压，直接经电阻分压，取得约120mV的分压信号，输入U14（线性光耦合器，其工作原理前文已述）进行光、电隔离与线性放大后，在输出端得到放大了的检测电压信号，再由LF353减法放大器进一步放大，形成VPN直流电压检测信号，经CNN1端子，送入MCU主板上的电压检测后级电路。 2）由开关变压器次级绕组取得采样电路信号 图3 DC530V电压检测电路之二 图4 直流回路电压采样等效电路及波型示意图 主电路的DC550V直流电压检测信号，并不是从主电路的P、N端直接取得，而是“间接”从开关电源的二次绕组取出，这是曾经令一些检修人员感到困惑、找不到电压检测信号是从何处取出的一件事情，也成为该部分电路检修的一个障碍。电压采样电路如上图4所示。 在开关管VT截止期间，开关变压器TRAN中储存的磁能量，由次级电路进行整流滤波得到+5V工作电源，释放给负载电路；在VT饱和导通期间，TC2从电源吸取能量进行储存。
变频器电路图-整流、滤波、电源及电压检测电路
变频器电路图-整流、滤波、电源及电压检测电路 以下仅仅对变频器电路图-整流、滤波、电源及电压检测电路的分析,好象论坛上发不了图纸. 1. 整流滤波部分电路 三相220V电压由端子J3的T、S、R引入，加至整流模块D55（SKD25-08）的交流输入端，在输出端得到直流电压，RV1是压敏电阻，当整流电压超过额定电压385V时，压敏电阻呈短路状态，短路的大电流会引起前级空开跳闸，从而保护后级电路不受高压损坏。整流后的电压通过负温度系数热敏电阻RT5、RT6给滤波电容C133、C163充电。负温度系数热敏电阻的特点是：自身温度超高，阻值赿低，因为这个特点，变频器刚上电瞬间，RT5、RT6处于冷态，阻值相对较大，限制了初始充电电流大小，从而避免了大电流对电路的冲击。 2. 直流电压检测部分电路 电阻R81、R65、R51、R77、R71、R52、R62、R39、R40组成串联分压电路，从电阻上分得的电压分别加到U15（TL084）的三个运放组成的射极跟随器的同向输入端，在各自的输出端得到跟输入端相同的电压（输出电压的驱动能力得到加强）。U13（LM339）是4个比较器芯片，因为是集电集开路输出形式，所以输出端都接有上接电阻，这几组比较器的比较参考电压由Q1（TL431）组成的高精度稳压电路提供，调整电位器R9可以调节参考电压的大小，此电路中参考电压是6.74V。如果直流母线上的电压变化，势必使比较器的输入电压变化，当其变化到超过6.74V的比较值时，则各比较器输出电平翻转，母线电压过低则驱动光耦U1（TLP181）输出低电平，CPU接收这个信号后报电压低故障。母线电压过高则U10（TL082）的第7脚输出高电平，通过模拟开关U73（DG418）从其第8脚输出高电平，从而驱动刹车电路，同时LED DS7点亮指示刹车电路动作。由整流二极管D5、D6、D7、D18、D19、D20组成的整流电路输出脉动直流电，其后级的检测电路可对交流电压过低的情况进行实时检测，检测报警信号也通过光耦U1输出。 3. 电源电路 U62（VIPER100SP）是内部带场效应管的开关电源控制芯片。母线电压+VPW通过保险F1加到开关变压器T1的第2脚，T1的第1脚和第2脚是初级线圈，U62内部集成了特别的启动电路，电路启动后，T1次级3、4、5脚输出的感应脉冲经整流滤波后得到电压检测电路所需的正负电压，正电压也同时提供给U62以维持其工作。T1其它次级输出的感应脉冲经整流滤波后分别供应U、V、W三相上桥光耦驱动所需电压（+VHU，0VHU）（+VHV，0VHV）（+VHW，0VHW），还有其它控制电路所需电压（+VSI，0VSI，-VSI）。芯片U56（LM2575S-ADJ）是一个PWM开关式输出稳压芯片，将+VSI电压降压并稳定为5V（+VSI5）供给CPU等芯片所需电路。 对于变频器修理，仅了解以上基本电路还远远不够的，还须深刻了解以下主要电路。主回路主要由整流电路、限流电路、滤波电路、制动电路、逆变电路和检测取样电路部分组成。图2.1是它的结构图。
变频器中常见的检测与保护电路共11页word资料
变频器中常见的检测与保护电路 您好，欢迎来到阿里巴巴 变频器中常见的检测与保护电路(2011/06/01 18：47)1引言 控制系统反馈量检测的精确程度，从某种意义上说，很大程度上决定了控制系统所能达到的控制品质。检测电路是变频调速系统的重要组成部分，它相当于系统的"眼睛和触觉"。检测与保护电路设计的合理与否，直接关系到系统运行的可靠性和控制精度。 2变频器常用检测方法和器件 2.1电流检测方法 图1电流互感示意图 电流信号检测的结果可以用于变频器转矩和电流控制以及过流保护信号。电流信号的检测主要有以下几种方法。 (1)直接串联取样电阻法 这种方法简单、可靠、不失真、速度快，但是有损耗，不隔离，只适用于小电流并不需要隔离的情况，多用于只有几个kva的小容量变频器中。 (2)电流互感器法 这种方法损耗小，与主电路隔离，使用方便、灵活、便宜，但线性度较低，工作频带窄(主要用来测工频)，且有一定滞后，多用于高压大电流的场合。如图1所示。 图1中，r为取样电阻，取样信号为： us=i2r=i1r/m(1) 式中，m为互感器绕组匝数。 电流互感器测量同相的脉冲电流ip时，副边也要用恢复二极管整流，以消除原边复位电流对取样信号的影响，如图2(a)所示。在这种电路中，互感器磁芯单向磁化，剩磁大，限制了电流测量范围，可以在副边加上一个退磁回路，以扩展其测量范围，如图2(b)所示。 电流互感器检测后一般要通过整流后再用电阻取样，如图2(a)。由于主回路电流会有尖峰，如图3(a)，这种信号用于峰值电流控制和保护都会有问题。
图2电流互感器及范围扩展 随着脉宽的减小，前沿后斜坡峰值可能比前沿尖峰还低，就会造成保护电路误动作，所以要对电流尖峰进行处理。处理的方法见图3(b)，和rs并联一个不大的电容cs，再加一个合适的rc参数，就能有效地抑制电流尖峰。如图3(c)所示。 图3电流取样信号的处理 (3)霍尔传感器法 它具有精度高、线性好、频带宽、响应快、过载能力强和不损失测量电路能量等优点。其原理如图4所示。 图4中，ip为被测电流，这是一种磁场平衡测量方式，精度比较高，若lem的变流比为1：m，则取得电压us也符合式(1)。在通用变频器中霍尔传感器已成为电流检测的主力。 2.2电压检测方法 电压信号检测的结果可以用于变频器输出转矩和电压控制以及过压、欠压保护信号。电压信号的检测可用电阻分压、线性光耦、电压互感器或霍尔传感器等方法。 图4霍尔电流检测方法 (1)电阻分压法：用电阻网络将高压进行分压，得到按比例缩小的低电压。该方法使用简单，但其精度受外界环境(主要是温度)影响较大，且不能实现隔离，如果作为模拟反馈量进行a/d转换，需要加入隔离放大器。该方法适用于低压系统。 (2)电压互感器法：与电流互感器类似，只能用于检测交流电压，适用于高压系统中。 (3)霍尔电压传感器法：原理与霍尔电流传感器类似，如图5所示。 (4)线性光耦法：霍尔电压传感器具有反应速度快和精度高的特点，但是在小功率的变频器中，采用霍尔传感器的成本昂贵，而采用高性能的光耦则可降低成本。像hp公司生产的线性光耦hcnr200/201等具有很高的线性度和灵敏度，可精确地传送电压信号。图6是一个用 hcnr200/201测量电压的实际电路，光耦实际上起直流变压器的作用。图6中，原边运放采用的是单电源供电的lm2904，副边运放采用精密运
变频器原理与维修
变频器原理与维修 一、变频器原理介绍 变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装臵。我们现在使用的变频器主要采用交—直—交方式（VVVF变频或矢量控制变频），先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。变频器的电路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制4个部分组成。 整流部分为三相桥式不可控整流器，逆变部分为IGBT三相桥式逆变器，且输出为PWM 波形，中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率。 变频器选型： 变频器选型时要确定以下几点： 1) 采用变频的目的；恒压控制或恒流控制等。 2) 变频器的负载类型； 如叶片泵或容积泵等，特别注意负载的性能曲线，性能曲线决定了应用时的方式方法。 3) 变频器与负载的匹配问题； I.电压匹配；变频器的额定电压与负载的额定电压相符。 II. 电流匹配；普通的离心泵，变频器的额定电流与电机的额定电流相符。 对于特殊的负载如深水泵等则需要参考电机性能参数，以最大电流确定变频器电流和过载能力。 III.转矩匹配；这种情况在恒转矩负载或有减速装臵时有可能发生。 4) 在使用变频器驱动高速电机时，由于高速电机的电抗小，高次谐波增加 二、变频器常见故障的分析与处理 1 变频器参数设臵类故障 在使用过程中变频器能否满足用户系统的要求，其参数设臵非常重要，如果参数设臵不
正确，变频器便不能正常工作。 1.1 变频器的参数设臵 生产厂在进行变频器出厂调试时，对变频器的每一个参数都设有一个默认值，这些默认参数值一般被称作工厂值。当用户使用的变频器是在这些参数值下工作时，则用户能以面板操作方式使变频器正常运行。但是，实际情况往往是面板操作并不能完全满足大多数用户传动系统的要求。所以，用户在正确使用变频器之前，必须要对变频器参数的默认值进行如下几个方面的辨识和重新设臵： 1）确认电机的功率、电流、电压、转速、最大频率等参数（这些参数可以从电机铭牌中查得）是否与默认值相符，如果不符时则要对默认值进行重新设臵； 2）确认变频器采取的控制方式（即速度控制、转矩控制、PID 控制或其他控制方式）后，一般还需要根据控制精度进行静态或动态辨识； 3）设定变频器的启动方式，一般变频器在出厂调试时设定为面板启动，用户可以根据实际情况选择自己的启动方式，可以用面板、外部端子、通讯等方式； 4）给定信号的选择，一般变频器的频率给定也可以有多种方式，面板给定、外部给定、外部电压或电流给定、通讯方式给定等，当然对于变频器的频率给定也可以是这几种方式的一种或几种方式的综和。 当正确设臵以上参数之后，变频器基本上能正常工作，如要获得更好的控制效果则只能根据实际情况修改相关参数。 1.2 变频器参数设臵类故障的处理 一旦发生了参数设臵类故障时，变频器都不能正常运行，这时可根据产品说明书对参数设臵进行修改。如果修改后仍不行，则最好是把所有参数恢复到出厂值，然后按上述步骤重新设臵，注意每一个公司的变频器其参数恢复方式也不尽相同。 2 过电压故障及处理
变频器显示电流与电源电流表显示存在差别的说明
关于电流表上的电流显示与变频器面板上的电流显示 存在差别的说明 1、柜面上的电流表，测量的是变频器输入端的电流，是采用普通交流电流互 感器进行测量的； 2、变频器面板上显示的电流是变频器内部霍尔电流传感器测量所得的电流， 霍尔电流传感器测量的是变频器的输出电流; 3、普通交流电流互感器不能用来测量变频器输出端的电流，因为变频器的输 出电压、电流波形为PＷM脉宽调制波形,采用普通的电流互感器或钳形 表难以测量变频器的输出电流,因此为了能够观察电机的运行电流,通常只能在变频器的输入端加装电流互感器； 4、变频器输入端电流互感器所测的电流与变频器面板上显示的电流存在差 别主要是因为： 输入电流的电压是３8０V的。变频器的输出是调频调压的信号，低频段时是降压输出的，而其输入功率约等于输出功率,所以负载电流会变 大。 即功率不变的情况下,输出电压降低了，输出电流增大了。 具体到变频器内部原理，因为变频器一般都是交直交变频器，内部有大容量电容储能。调压采用PWM脉宽调制技术。 5、通常情况都是以变频器显示的为准，因为ＡＣ/ＡＣ变频器是通过整流单 元（通常称电源模块)将3相交流（比如380V)整流（3相全波桥整)成直 流（５４0Ｖ),再通过控制单元，按照控制方式，比如矢量，V/F等及给定值，通过控制大功率开关管（通常称电机模块）的通断及其频率转换成高频交流信号接至变频电机。因此,普通的钳流表（其实也是一个电流互感器)所测电流不是很准确，需要专用高频信号测量的电流互感器，而在变 频器内部的输出回路的铜排上就是串了这样的设备,因此只要此元件不坏,肯定比普通钳流表准。?另外,关于输入侧的电流,正如以上说言，由于是 工频交流信号只要普通电流互感器，但电流和输出测不一定对应，但可以按照功率来大概推算，比如:输出电流24０Ａ，如果电压1５0V，则输出侧有效功率两者相乘约等于３6ＫＷ,考虑到损耗则输入侧应该稍大于 36KW,比如按照38KW计算,则输入侧电流恰好=38KW/3８0V=10０A。 (以上公式均为近似值）。 安装一台变频器,在五十赫兹运行时，输入电流十安,输出电流七十安,变频器七十五千瓦，电机七十五千瓦，另有一台,五十五千瓦,五十赫兹运行时,输入三十安,输出五十安, 一、输入,输出电流为什么相差这么大， 二、七十五千瓦变频器输入电流为什么这么小, 刘志斌1７楼回复时间：2００8-8-16 10:06:30
变频器电压检测电路(新)
103 变频器的电压检测电路（新） ――正弦变频器电压检测实际电路分析 一、电路构成和原理简析 电压检测电路，是变频器故障检测电路中的一个重要组成部分，旨在保障使 IGBT 逆变电路的工作电 源电压在一特定安全范围以内，若工作电源危及 IGBT （包含电源本身的储通电容）器件的安全时，实施 故障报警、使制动电路投入工作、停机保护等措施。此外，少数机型还有对输出电压的检测，在一定程度 上，起到对IGBT 导通管压降检测的同样作用，取代驱动电路中 IGBT 的管压降检测电路。 1、电压检测电路的构成、电压采样方式及故障表现 图1电路检测电路的构成（信号流程）框图 1、电压检测电路的电压采样形式（前级电路） 1）直接对 DC530V 电压采样 图2 DC530V 电压检测电路之一 模拟量信号 绕组电压检测 开关变压器二次 运行电压显示、程序控制用 模拟信号放大处理 MCU 模拟量输入端 模拟量信口一号 电压检测53 p N 端DC 过、欠压报警、启动直流制动 梯级电 压比较强开关量信号 开关量信号 输 入电 压检测 U V W 端 开关量信号 输 入电 压检测 R s T 端 R54A 2000 C47 —A I —— X7 220k 2W I 220k 2W 510 C48 2200 12 3 4 ^0666. U14 A7840 +5V R55 1002 C49 — C50 15V -15V VPN CNN1 CNN1 8 020T510P R54B 103 MC 数 字 I/O 口 78L05C 1 VOUT VIN 8 +15V LF353 I — R56 1002 R57 1002 A C51 1002
变频器的控制电路及几种常见故障分析
编号：AQ-JS-05365 ( 安全技术) 单位：_____________________ 审批：_____________________ 日期：_____________________ WORD文档/ A4打印/ 可编辑 变频器的控制电路及几种常见 故障分析 Control circuit of frequency converter and analysis of several common faults
变频器的控制电路及几种常见故障 分析 使用备注：技术安全主要是通过对技术和安全本质性的再认识以提高对技术和安全的理解，进而形成更加科 学的技术安全观，并在新技术安全观指引下改进安全技术和安全措施，最终达到提高安全性的目的。 1、引言 随着变频器在工业生产中日益广泛的应用，了解变频器的结构，主要器件的电气特性和一些常用参数的作用及其常见故障对于实际工作越来越重要。 2、变频器控制电路 给异步电动机供电（电压、频率可调）的主电路提供控制信号的网络，称为控制回路，控制电路由频率，电压的运算电路，主电路的电压，电流检测电路，电动机的速度检测电路，将运算电路的控制信号进行放大的驱动电路，以及逆变器和电动机的保护电路等组成。无速度检测电路为开环控；在控制电路增加了速度检测电路，即增加速度指令，可以对异步电动机的速度进行更精确的闭环控制。
（1）运算电路将外部的速度，转矩等指令同检测电路的电流，电压信号进行比较运算，决定逆变器的输出电压、频率。 （2）电压、电流检测电路为与主回路电位隔离检测电压，电流等。 （3）驱动电路为驱动主电路器件的电路，它与控制电路隔离，控制主电路器件的导通与关断。 （4）I/O电路使变频更好地人机交互，其具有多信号（比如运行多段速度运行等）的输入，还有各种内部参数（比如电流，频率，保护动作驱动等）的输入。 （5）速度检测电路将装在异步电动机轴上的速度检测器（TG、PLG等）的信号设为速度信号，送入运算回路，根据指令和运算可使电动机按指令速度运转。 （6）保护电路检测主电路的电压、电流等。当发生过载或过电压等异常时，为了防止逆变器和异步电动机损坏，使逆变器停止工作或抑制电压，电流值。 逆变器控制电路中的保护电路，可分为逆变器保护和异步电动
变频器的故障检测与保护电路
变频器的故障检测与保护电路 虽有时候令人头疼，但却是最令人产生检修兴趣的电路之一。 变频器故障检测电路，往往是变频器厂家在软、硬件电路设计上的浓笔重彩之处。 变频器电路中林林总总的各种故障检修电路，只有一个指向和目的——在变频器面临异常工作状态时，采取停机或其它保护措施，尽最大可能保护IGBT模块的安全。 究竟有哪些因素会影响乃至危及IGBT模块的安全呢？ 1、电压因素： （1）、IGBT模块的供电电压过高时，将超出其安全工作范围，导致其击穿损坏；（2）、供电电压过低时，使负载能力不足，运行电流加大，运行电机易产生堵转现象，危及IGBT模块的安全； （3）、供电电压波动，如直流回路滤波（储能）电容的失容等，会引起浪涌电流及尖峰电压的产生，对IGBT模块的安全运行产生威胁； （4）、IGBT的控制电压——驱动电压低落时，会导致IGBT的欠激励，导通内阻变大，功耗与温度上升，易于损坏IGBT模块。 2、电流因素： （1）、过流，在轻、中度过流状态，为反时限保护区域；（2）、严重过流或短路状态，无延时速断保护； 3、温度因素： （1）、轻度温升，采到强制风冷等手段；（2）、温度上升到一定幅值时，停机保护； 4、其它因素： （1）、驱动电路的异常，如负截止负压控制回路的中断等，会使IGBT受误触通而损坏； （2）、控制电路、检测电路本身异常，如检测电路的基准电压飘移，导致保护动作起控点变化，起不到应有的保护作用。
相对于以上影响或危及IGBT模块的因素，则衍生了下述种类的保护电路。 1、电压检测电路： （1）、直流回路电压检测电路，用电阻分压网络直接对直流530V电压采样，或从开关电源次级整流电路间接对直流530V进行采样，由后续电路处理成模拟信号和数字开关量信号。其中模拟量信号用于直流回路的电压显示，输出控制等，而开关量信号用于故障报警、停机保护等； （2）、有的机型对三相交流输入电压进行检测，借以判断IGBT的供电状态，异常时停机保护； （3）、对驱动供电电压进行监测，常由驱动IC的内部保护电路执行此任务，预防IGBT出现欠激励现象； （4）、对充电接触器的触点状态进行检测，实际为直流回路电压的辅助检测。 2、电流检测电路： （1）、IGBT保护电路，检测IGBT在导通期间的管压降，判断IGBT是否处于过流、短路状态，实施软关断与停机保护措施； （2）、对三相输出电流进行采样，据过流程度不同，采取不同的保护手段，如降低运行频率、延时停机保护等。 （3）在逆变模块供电回路串接快熔保险管，实现对逆变模块的短路保护，对快熔管状态的检测； （4）、个别机型还对直流母线的电流进行采样，异常时采取保护动作；（5）、个别机型对输出电压/频率进行采样，实施对IGBT的保护。 3、温度检测电路： （1）、用温度传感器检测IGBT模块的温度； （2）、用温度传感器检测IGBT模块的温度，同时检测散热风扇的工作状态。 除了对IGBT的相关保护外，对其它元器件不需要保护吗？有无相关的故障检测电路呢？ 对整流模块的保护，有的机型提供了用温度传感器形式的超温保护。有的没有。 有的机型在供电方面，提供了对CPU电路、控制电路的检测和保护，
变频器电压检测电路
变频器的电压检测电路（新） ——正弦变频器电压检测实际电路分析 一、电路构成和原理简析 电压检测电路，是变频器故障检测电路中的一个重要组成部分，旨在保障使IGBT 逆变电路的工作电源电压在一特定安全范围以内，若工作电源危及IGBT （包含电源本身的储通电容）器件的安全时，实施故障报警、使制动电路投入工作、停机保护等措施。此外，少数机型还有对输出电压的检测，在一定程度上，起到对IGBT 导通管压降检测的同样作用，取代驱动电路中IGBT 的管压降检测电路。 1、电压检测电路的构成、电压采样方式及故障表现 图1 电路检测电路的构成（信号流程）框图 1、电压检测电路的电压采样形式（前级电路） 1）直接对DC530V 电压采样 78L05C 8 P N 图2 DC530V 电压检测电路之一 直接对P 、N 端DC530V 整流后电源电压进行进行采样，形成电压检测信号。如阿尔法ALPHA2000型变
频器的电压检测电路，如图2所示。 电路中U14线性光耦合器的输入侧供电，由开关变压器的独立绕组提供的交流电压，经整流滤波、由78L05稳压处理得到5V 电源所提供，电源地端与主电路N 端同电位。输出侧供电，则由主板+5V 所提供。 直流回路P 、N 端的DC530V 电压，直接经电阻分压，取得约120mV 的分压信号，输入U14（线性光耦合器，其工作原理前文已述）进行光、电隔离与线性放大后，在输出端得到放大了的检测电压信号，再由LF353减法放大器进一步放大，形成VPN 直流电压检测信号，经CNN1端子，送入MCU 主板上的电压检测后级电路。 2）由开关变压器次级绕组取得采样电路信号 +5V -42V 图3 DC530V 电压检测电路之二 N +5V N1输入电压波形示意图V T 截止 VT 饱合导通 0V 530V 5V 0V -42V N3输出电压波形示意图 压采样等效电路T1 图4 直流回路电压采样等效电路及波型示意图 主电路的DC550V 直流电压检测信号，并不是从主电路的P 、N 端直接取得，而是“间接”从开关电源的二次绕组取出，这是曾经令一些检修人员感到困惑、找不到电压检测信号是从何处取出的一件事情，也成为该部分电路检修的一个障碍。电压采样电路如上图4所示。 在开关管VT 截止期间，开关变压器TRAN 中储存的磁能量，由次级电路进行整流滤波得到+5V 工作电源，释放给负载电路；在VT 饱和导通期间，TC2从电源吸取能量进行储存。 N3二级绕组上产生的电磁感应电压，正向脉冲出现的时刻对应开关管的截止时间，宽度较大，幅值较低，经二极管D12正向整流后提供负载电路的供电，有电流释放回路；反向脉冲出现的时刻对应开关管的饱和导通时间，宽度极窄，但并不提供电流输出，回路的时间常数较大（不是作为供电电源应用，只是由R 、C 电路取得电压检测信号），故能在电容C17上维持较高的幅值。开关管VT 饱合导通时，相当于将N1绕组直接接入530V 电源，因而在同一时刻N3绕组此时所感应的负向脉冲电压，是直接反映N1绕组供电电压高低的，并与其成线性比例关系——N3绕组感应电压的高低，仅仅取决于N1、N3绕组的匝数比。整
变频器驱动电路常用的几种驱动IC
变频器驱动电路常用的几种驱动IC 变频器驱动电路中常用IC，共有为数不多的几种。可以设想一下，变频器电路的通用电路，必定是主电路（包括三相整流电路和三相逆变电路）和驱动电路，即便是型号的功率级别不同的变频器，驱动电路却往往采用了同一型号的驱动IC，甚至于驱动电路的结构和布局，是非常类似的和接近的。 早期的和小功率的变频器机种，经常采用TLP250、A3120（HCPL3120）驱动IC，内部电路简单，不含IGBT保护电路；以后被大量广泛采用的是PC923、PC929的组合驱动电路，往往上三臂IGBT采用PC923驱动，而下三臂IGBT则采用PC929驱动。PC929内含IGBT检测保护电路等；智能化程度比较高的专用驱动芯片A316J，也在大量机型中被采用。 通过熟悉驱动IC的引脚功能和掌握相关的检测方法，达到对驱动电路进行故障判断与检测的能力，以及能对不同型号的驱动IC应急进行代换与修复。 一、TLP250和HCPL3120驱动IC： 8 Vcc 7 Vo 6 Vo 5 GND 8 Vcc 7 Vo 6 Vo 5 GND 8 Vcc 7 Vo 6 Nc TLP250 HCPL3120/ J312 HCNW3120 图1 三种驱动IC的功能电路图 TLP250：输入IF电流阀值5mA，电源电压10∽35V，输出电流±0.5A，隔离电压2500V，开通/关断时间（t PLH/ t PHL）0.5μs。可直接驱动50A1200V的IGBT模块，在小功率变频器驱动电路中，和早期变频器产品中被普遍采用。 HCNW3120（A3120）：与HCPL3120、HCPLJ312内部电路结构相同，只是因选材和工艺的不同，后者的电隔离能力低于前者。输入IF电流阀值2.5mA，电源电压15∽30V，输出电流±2A，隔离电压1414V，可直接驱动150A/1200V的IGBT模块。 三种驱动IC的引脚功能基本一致，小功率机型中可用TLP250直接代换另两种HCNW3120和HCPL3120，大多数情况下TLP350、HCNW3120可以互换，虽然它们的个别参数和内部电路有所差异，如TPL250的电流输出能力较低，但在变频器中功率机型中，驱动IC往往有后置放大器，对驱动IC的电流输出能力就不是太挑剔了。 驱动IC实质上都为光耦合器件，具有优良的电气隔离特性。输入侧内部电路为一只发光二极管，有明显的正、反向电阻特性。用指针式万用表×1k档测量，2、3脚正向电阻约为100kΩ左右，反向电阻无穷大；用×10k档测量，正向电阻约为25kΩ左右，反向电阻也为无穷大。当然2、3脚与输出侧各引脚电阻，都是无穷大的。5、6脚和5、8脚之间，均有鲜明的正、反向电阻，当5脚搭红表笔时，有10kΩ/30 kΩ的电阻值，5脚接黑表笔时，电阻值接近于无穷大。因选材、工艺和封装型式的不同和测量