CN101246187B - 逆变器输入电流检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种逆变器的输入电流检测装置及方法，本发明无需构成用于检测逆变器输入电流的另外的复杂回路，而利用逆变器旋转控制中所使用的信息检测输入电流。为此，本发明所提供的逆变器输入电流检测装置，该逆变器用于控制电机旋转，其特征在于包括：直流电压检测部，用于检测所述逆变器的直流电压(Vdc)；输出电流检测部，用于将所述电机的相电流转换为电压进行放大；以及控制部，用于根据从所述输出电流检测部输入的输出电压(AD)计算所述逆变器直流电流(Idc)，并且基于所计算的逆变器直流电流(Idc)和所检测的逆变器直流电压(Vdc)，检测所述逆变器的输入电流。

Description

逆变器输入电流检测装置及方法

技术领域

本发明涉及一种用于检测逆变器输入电流的逆变器输入电流检测装置及方法，尤其涉及无需使用用于检测输入电流的传感器，而利用在逆变器旋转控制中使用的信息来检测输入电流的逆变器输入电流检测装置及方法。

背景技术

通常，逆变器是将直流电转换为具有任意可变频率的三相交流电(U，V，W)的电力变换装置。由于该装置具有节能、易于控制输出功率的特性被越来越多地用于洗衣机、冰箱、空调机等电器产品的电机驱动。

这种逆变器由于额定电压和额定电流的最大容许量被限定，因而当输入超过额定电压或额定电流的电压、电流时，逆变器会无法正常工作或发生故障。

因此，为了在所输入的电流为非额定电流时保护逆变器，相继开发出了实时测定逆变器输入电流大小的各种装置。

作为其一例，为了检测逆变器的输入电流，将电流互感器(CurrentTransformer；CT)连接到常用电源的电源端侧，并通过电阻由整流器整流在电流互感器(CT)的二次绕组侧产生的交流信号，由此测定输入到逆变器的电源的输入电流。

然而，这种现有的驱动电机用逆变器的输入电流测定装置，为了直接检测逆变器的输入电流需要另外使用电流互感器，这不仅导致制造成本上升，而且为了处理电流互感器检测出的电流信号需要设置由整流器、平滑电容器及电阻构成的低通滤波器(LPF)的附加回路，因此存在回路复杂的缺点。

发明内容

本发明是为了解决如上的现有问题而提出的，其目的是为提供一种逆变器电流检测装置和方法，所述逆变器电流检测装置和方法不需要构成用于检测输入电流的复杂回路，而通过利用逆变器旋转控制所使用的信息的输入电流计算式来计算电源的输入电流，从而精确检测逆变器的输入电流。

为了实现上述目的，本发明的逆变器输入电流检测装置，该逆变器用于控制电机旋转，其特征在于包括：直流电压检测部，用于检测所述逆变器直流电压(Vdc)；输出电流检测部，用于将所述电机的相电流转换为电压进行放大；以及控制部，用于根据从所述输出电流检测部输入的输出电压(AD)，计算所述逆变器直流电流(Idc)，并且基于所计算的逆变器直流电流(Idc)和所检测的逆变器直流电压，检测所述逆变器的输入电流。

而且，所述直流电压检测部，其特征在于：所述直流电压检测部由分压电阻(R1，R2)构成，该分压电阻连接到对常用电源进行整流及平滑的直流部的平滑电容器。

而且，所述输出电流检测部，其特征在于：所述直流电压检测部是将流过所述电机的各相的预定电流转换为电压进行放大的电压放大回路。

而且，所述控制部采用输入电流计算式，将所述逆变器直流电流(Idc)和逆变器直流电压(Vdc)代入到所述输入电流计算式来计算电源的输入电流(Is)。

而且，所述输入电流的计算式为Is＝(Vdc×Idc)÷(Vs×cosφ)。

在此，Vdc表示直流部输出电压、Idc表示直流部输出电流、Vs表示电源输入电压、cosφ表示测定实际运行状态的效率的功率因数。

而且，所述控制部采用电压对电流变换式，将从所述输出电流检测部输入的输出电压(AD)代入到所述电压对电流变换式并计算逆变器直流电流(Idc)。

此外，本发明的逆变器输入电流检测方法，该逆变器用于控制电机旋转，其特征在于包括步骤：检测所述逆变器直流电压，将所述电机的相电流转换为电压进行放大，从所述转换并进行放大的输出电压产生所述逆变器直流电流，基于产生的逆变器直流电流和检测的逆变器直流电压检测所述逆变器输入电流。

而且，检测所述逆变器输入电流的步骤，其特征在于：将所述逆变器直流电流(Idc)和逆变器直流电压(Vdc)代入到控制器采用的输入电流计算式来计算电源的输入电流(Is)。

附图说明

图1是根据本发明示例性实施例所提供的用于检测逆变器输入电流的回路图；

图2是表示本发明逆变器输出电压(AD)与输出电流(Idc)的线性关系的函数曲线图；

图3是比较根据本发明的逆变器所计算的电流值与实际测量的电流值的误差的波形图。

主要符号说明：

20：常用电源            22：整流器

24：电抗器              26：开关型电源(SMPS)

28：平滑电容器          30：逆变器

32：电机                34：逆变器驱动部

36：控制部              38：直流电压检测部

40：输出电流检测部

具体实施方式

以下，参照附图来详细说明本发明的示例性实施例。

图1是根据本发明示例性实施例所提供的用于检测逆变器输入电流的回路图。

在图1中，用于检测逆变器30输入电流的回路是在逆变系统中包含用于检测接通到所述逆变器30的直流电压的直流电压检测部38和用于检测所述逆变器30的输出电流的输出电流检测部40而构成，而所述逆变系统包含：对提供220V 60Hz等交流的常用电源20进行全波整流而输出的整流器22；位于所述整流器22的后端并改善功率因素的电抗器24；连接到所述整流器22并输出预定大小的基准电压的开关型电源(Switching Mode Power Supply；SMPS，)26、连接到所述整流器22并对所述整流器22所输出的电压进行平滑而转换为直流的平滑电容器28；通过脉冲宽度调制(PWM)将所述平滑电容器28输出的直流电压转变为具有任意可变频率的脉冲形式的3相交流(U、V、W)来驱动无刷直流电机(BLDC，以下称为电机)32的逆变器30；输出提供给所述逆变器30的PWM信号图形(pattern)并通过逆变器驱动部34来控制所述逆变器30的控制部36。

所述逆变器30是将6个开关元件(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型功率管，以下称为IGBT)和二极管(FRD)连接成三相全桥电路(FullBridge)而将直流电压转换为三相交流电压并将该三相交流供应给电机32的通常的开关电路。

所述控制部36是控制逆变器30的6个开关元件的开/关动作并产生具有任意电压及任意频率三相交流电的微型处理器(MCU)。由于这是使用PWM控制的一般方式，故在此省略其详细说明。

而且，所述控制部36为了逆变器30的旋转控制，通过由分压电阻(R1、R2)组成的直流电压检测部38检测连接到平滑电容器28的直流电压(Vdc)，并且通过输出电流检测部40检测所述逆变器30的输出电流(Idc)，输出提供给逆变器30的PWM信号的图形。

所述直流电压检测部38通过连接到平滑电容器28的分压电阻(R1、R2)检测所述平滑电容器28两端的DC连接电压(Vdc)并将其直接输入到控制部36。

所述输出电流检测部40是在通常的逆变系统中将为了控制电机32旋转数而使用的流过电机32各相的预定电流转换为电压进行放大的电压放大回路，该电压放大回路包括：将通过逆变器30下侧的开关元件(IGBT)的共同发射极端子的电流的一部分转换为电压并监测的分流电阻(Rs)；用于滤波接通到所述分流电阻(Rs)的监测电压的时间常数用电阻(R3)及电容器(C1)；将接通到所述分流电阻(Rs)监测电压，即将下侧电压以预定的幅度进行放大的运算放大器41；连接到所述运算放大器41的反相端(-)的决定放大程度的电阻(R4、R5)；连接到所述运算放大器41的同相端(+)的低通滤波用电阻(R6)和电容器(C2)。

所述输出电流检测部(40)的运算放大器41的输出通过模拟-数字转换端子(AD)输入到控制部36，所述控制部36中，预先存储将运算放大器41的输出电压转换为输入电流的转换式。因此，当从运算放大器41输入输出电压时，控制部36将所述输出电压代入所述转换式而确定其输入电流(Idc)。而且，这种转换式可定义为图2示出的AD和Idc的线性函数曲线图。

以下说明如上所述的逆变器输入电流检测装置及方法的操作过程和作用效果。

在图1中，当接入常用电源20时，整流器22对提供220V 60Hz等交流的常用电源20进行整流，并由连接到整流器22的平滑电容器28进行平流而转换为直流进行输出。

通过逆变器的脉冲宽度调制(PWM)将从所述平滑电容器28输出的直流电压转换为具有任意可变频率的三项交流，并提供给电机32来驱动电机32。

此时，控制部36为了逆变器30的旋转控制，通过由分压电阻(R1、R2)组成的直流电压检测部38检测连接到平滑电容器28的直流电压(Vdc)，并且通过输出电流检测部40检测所述逆变器30的输出电流(Idc)，从而控制提供给逆变器30的PWM信号的图形。

为控制提供给所述逆变器30的PWM信号的图形，需实时检测逆变器30的输入电流。

从而，为检测输入到逆变器30的常用电源20的输入电流(Is)，本发明提供一种不使用用于检测输入电流的传感器，而通过利用逆变器30旋转控制中所使用的信息(Vdc、Idc)的输入电流计算式来精确检测逆变器30的输入电流的方法。

首先，在逆变系统中输入电压(Vs)和输入电流(Is)的关系如下式1所示：

Pin＝Vs×Is×cosφ……(式1)

在此，Vs表示常用电源20的输入电压，Is表示常用电源20的输入电流，Pin表示常用电源20的输入功率，cosφ表示测定实际运行状态的效率以线性数学式使用的功率因数。

此外，为逆变器30的旋转控制而检测的直流部的电压(Vdc)和输入电压(Vs)之间的关系如下式2所示：

$\mathrm{Vdc}=\sqrt{2}\×\mathrm{Vs}$ ……(式2)

而且，逆变器30的直流部中直流电压(Vdc)和输出电流(Idc)之间的关系如下式3所示：

Pout＝Vdc×Idc×ηinv……(式3)

在此，Vdc表示逆变器30的直流部输出电压，Idc表示逆变器30的直流部输出电流、Pout是逆变器30的直流部输出功率、ηinv表示逆变器的效率。

因此，常用电源20的输入功率(Pin)和逆变器30的直流部输出功率(Pout)之间的关系如下式4所示：

Pin＝Pout×ηinv……(式4)

在此，假设逆变器效率(ηinv)为1，则常用电源20的输入功率(Pin)和经过整流及平滑后的逆变器30的直流部输出功率(Pout)如下式5所示：

Pin＝Pout……(式5)

从所述式5求出输入到逆变器30的电流(Is)关系式，则可得到如下式6所示的输入电流计算式：

Is＝(Vdc×Idc)÷(Vs×cosφ)……(式6)

由所述式6可知，若要求出所述逆变器30的输入电流(Is)，首先要求出常用电源20的输入电压(Vs)，为此在驱动电机32之前检测直流电压(Vdc)并从所述式2求出输入电压(Vs)。

此外，逆变器30的输出电流(Idc)通过输入到控制部36的AD值求出，由于AD值和输出电流(Idc)如图2所示，呈线性关系，因此可利用存储在所述控制部36中的转换式检测输出电流(Idc)。

如上所述，对利用检测值(Vdc，Idc)由控制部36计算的电流值和实际测定的电流值是否发生误差进行仿真，其结果如图3所示。

图3是比较本发明的逆变器中计算的电流值(计算电流)和实际测定的电流值(实测电流)的误差的波形图，由此可知，没有考虑逆变器30的效率和电机32的效率等求出的结构和实际测定的结果几乎一致，并且误差也在±0.5A之内，可得到不妨碍实用的精确度。

从而，本发明的逆变系统无需使用用于检测输入电流的复杂回路，而通过利用逆变器30旋转控制而使用的信息的输入电流计算式来计算电源的输入电流。

如上述所示，根据本发明的逆变器输入电流检测装置及方法，无需构成用于检测输入电流的另外的复杂回路，而通过利用逆变器旋转控制而使用的信息的输入电流计算式计算电源的输入电流，具有可精确检测出逆变器的输入电流的效果。

Claims (9)

1.一种逆变器输入电流检测装置，该逆变器用于控制电机旋转，其特征在于包括：

直流电压检测部，用于检测所述逆变器的直流电压；

输出电流检测部，用于将所述电机的相电流转换为电压进行放大；

控制部，用于根据从所述输出电流检测部输入的输出电压计算所述逆变器直流电流，并基于所计算的逆变器直流电流和所检测的逆变器的直流电压检测所述逆变器的输入电流。

2.如权利要求1所述的逆变器输入电流检测装置，其特征在于：所述直流电压检测部由分压电阻构成，该分压电阻连接到对常用电源进行整流和平滑的直流部的平滑电容器。

3.如权利要求1所述的逆变器输入电流检测装置，其特征在于：所述输出电流检测部是将流过所述电机各相的预定电流转换为电压进行放大的电压放大回路。

4.如权利要求1所述的逆变器输入电流检测装置，其特征在于：所述控制部采用输入电流计算式，通过将所述逆变器直流电流和逆变器直流电压代入到所述输入电流计算式而计算电源的输入电流。

5.如权利要求4所述的逆变器输入电流检测装置，其特征在于：所述输入电流计算式为Is＝(Vdc×Idc)÷(Vs×cosφ)，

在此，Vdc表示直流部输出电压，Idc表示直流部输出电流，Vs表示电源输入电压，cosφ表示测定实际运行状态效率的功率因数。

6.如权利要求1所述的逆变器输入电流检测装置，其特征在于：所述控制部采用电压对电流的转换式，将从所述输出电流检测部输入的输出电压代入所述电压对电流的转换式而计算所述逆变器的直流电流。

7.一种逆变器输入电流检测方法，该逆变器用于控制电机旋转，其特征在于包含步骤：

检测所述逆变器的直流电压；

将所述电机的相电流转换为电压进行放大；

根据所述转换并放大的输出电压计算所述逆变器直流电流，并基于所计算的逆变器直流电流和所检测的逆变器直流电压检测所述逆变器的输入电流。

8.如权利要求7所述的逆变器输入电流检测方法，其特征在于：检测所述逆变器输入电流的步骤是将所述逆变器直流电流和逆变器直流电压代入到控制部所采用的输入电流计算式中而计算电源的输入电流。

9.如权利要求8所述的逆变器输入电流检测方法，其特征在于：所述输入电流计算式为Is＝(Vdc×Idc)÷(Vs×cosφ)，

在此，Vdc表示直流部输出电压，Idc表示直流部输出电流，Vs表示电源输入电压，cosφ表示测定实际运行状态效率的功率因数。

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