CN101694969A

CN101694969A - 变频调速输入电压转换装置及其方法

Info

Publication number: CN101694969A
Application number: CN 200910308642
Authority: CN
Inventors: 孙鑫; 付贵霖; 周军; 郑余忠; 陈平
Original assignee: Wolong Electric Group Co Ltd; Shaoxing Oli Wolong Vibration Machinery Co Ltd
Current assignee: Wolong Electric Drive Group Co Ltd; Shaoxing Oli Wolong Vibration Machinery Co Ltd
Priority date: 2009-10-22
Filing date: 2009-10-22
Publication date: 2010-04-14
Anticipated expiration: 2029-10-22
Also published as: CN101694969B

Abstract

变频调速输入电压转换装置，属于变频器领域。目前输入转换装置，不能兼顾生产工艺、成本、转换精度等，本发明包括电压转换模块、信息处理模块，其特征在于：所述的电压转换模块包括可与市电电连接的工频变压器及用于分压的分压电路，所述的信息处理模块包括与电压转换模块连接的A/D转换单元、用于存放工频变压器变压系数及分压电路分压系数的存储单元及根据变压系数、分压系数及由A/D转换单元输出的数字信号计算输入电压值的计算单元，所述的分压电路包括第一分压电阻及第二分压电阻。在电路结构上实现了市电强电与中央处理器端弱电之间的隔离，成本低，可靠性高、生产工艺简单、精度高。

Description

变频调速输入电压转换装置及其方法

【技术领域】

本发明涉及一种建筑工具，具体说是变频调速输入电压转换装置及其方法，属于变频器领域。

【背景技术】

高频振动电机需要380V/200HZ三相电源，可以通过380V/50HZ三相市电输入经过整流滤波后再通过功率器件逆变成380V/200HZ三相电源。由于市电是波动的，如果不经过转换而直接逆变，那么逆变电源的电压也相应存在有高低起伏现象，与电机需求电压不相符，因而，需要采集市电电压的变化值调节和控制变频器的输出电压，使得变频器工作更加稳定。现在采集市电电压的方法主要有两种，一种是采用简单的电阻分压，采集分压后的电压，推算出市电电压，这种方法难以实现强电与弱电在电方面的物理隔离，由于控制电路与强电电网没有隔离，控制电路易损坏，且在检修时易发生安全事故；第二种方法，利用″振荡--变压器隔离″的方法，这种方法虽可以实现电压隔离取样，但结构复杂，成本高，检测精度不高的缺点，影响了变频器系统的工作。另外，专利号为200820060280.5的″一种离心机变频器的电压检测装置″，该方法是采用先分压后线性光耦隔离再A/D转换方法，该方法虽然实现了控制电路与强电电网隔离，但是，由于线性光耦成本很高，因而经济角度是不可行的。专利号为01127640.1的“一种源电压取样方法及装置”，其采用高频变压器，虽然具有强电与弱电隔离性好，弱电信号电路安全性好等优点，但是其不但具有开关电源的纹波高、高频变压器成本高等问题，而且，高频变压器在批量生产过程中初级线圈和次级线圈匝数比存在一定离散性，因而，该专利还具有输入电压转换精度较低，一致性较差、成本高等缺陷。申请号为200810187479.9的″用在变频器上的直流母线电压采集方法″，虽然能实现强弱电隔离，但是，其说明书的第二页第二行所述，″作为该发明的另一项改进为母线电压采集电路主要是由可调电阻和具有调整电压比例数值功能的运算放大器组成，所述可调电阻以及运算放大器顺次连接″，该方法用于解决变压器的初级和次级线圈比例离散带来的问题，但其可调电阻设置需要人为去调整，工艺相对复杂，同时，成本较高。而且，现有技术所设的为中央处理器供电的电源电路，其与电压转换电路独立，因需直接从市电引入，故需单独设变压器等，成本较高，且电路复杂。

【发明内容】

本发明要解决的技术问题和提出的技术任务是对现有技术方案进行完善与改进，提供一种变频调速输入电压转换装置及其方法，以达到兼顾电压转换的精度高、实时性好、可靠性好、成本低的目的，为此，本发明采取以下技术方案：

变频调速输入电压转换装置，包括电压转换模块、信息处理模块，其特征在于：所述的电压转换模块包括可与市电电连接的工频变压器及用于分压的分压电路，所述的信息处理模块包括与电压转换模块连接的A/D转换单元、用于存放工频变压器变压系数及分压电路分压系数的存储单元及根据变压系数、分压系数及由A/D转换单元输出的数字信号计算输入电压值的计算单元，所述的分压电路包括第一分压电阻及第二分压电阻。输入电压来自于市电网，经工频变压器次级线圈，实现市电强电与信息处理模块端弱电之间的隔离，确保了转换电路的安全，同时，采用工频变压器，成本较高频变压器低；内置于信息处理模块存储单元保存了两个系数，分别是工频变压器次级线圈与初级线圈比例关系K1及分压电路中分压系数K2，高频振动电机变频调速输入电压的转换装置在生产过程中，使用检测设备可以得到K1、K2值，并将该值送于信息处理模块存储，由于有该两个系数，可以解决因工频变压器次级线圈与初级线圈比例关系离散性问题及分压路中分压电阻的精度低问题，分压电阻只需要普通电阻，而无需精密电阻或可调电阻，避免因手工调节可调电阻增加生产复杂性，同时避免了可调电阻阻值温漂问题。该方法提高了转换的精确性、实时性及可靠性，且工艺简单，成本较低。

作为对上述装置的进一步完善和补充，本发明还包括以下附加技术特征：

它还包括电源稳压模块，所述电源稳压模块的输入端与电压转换模块连接，其输出端与信息处理模块的电源输入端相连。电源稳压模块与电压转换模块共享一部分电路，故可减少一部分相应的元器件，降低设备成本。

所述的电压转换模块还包括与工频变压器次级线圈相连接的整流滤波电路、与整流滤波电路并联的双向瞬态二极管及与第一分压电阻并联的稳压电路，所述的稳压电路的输出端与A/D转换单元相接。在输入电压很高干扰峰值电压时，该干扰峰值电压分别先后经过工频变压器变压、双向瞬态二极管、整流滤波、分压电路及稳压电路后，避免瞬时高压对信息处理模块的影响。

所述的电源稳压模块包括整流、滤波电路及稳压电路，其中整流、滤波电路中的整流电路与电压转换模块共用，电源稳压模块滤波电路包括一滤波电容，电源稳压模块稳压电路包括一稳压管，其输出端与信息处理模块电源输入端连接。工频变压器、整流电路为电压转换模块及电源稳压模块共用部分，由次级线圈引出并通过整流电路的半波直流电经电源稳压模块再处理为信息处理模块提供电源而不必另设变压器及整流电路等其它转换装置，降低设备成本。

变频调速输入电压转换方法，其特征在于它包括以下步骤：

1)将工频变压器次级线圈与初级线圈比例系数K1及分压电路中分压系数K2存于将信息处理模块的存储单元中；

2)交流电通过电压转换模块转换为直流电；

3)经转换的直流电通过信息处理模块中的A/D转换单元转化为数字信号；

4)信息处理模块中的计算单元调取工频变压器比例系数K1及分压系数K2，并根据由A/D转换单元输出的数字信号按照公式：

Vrs＝Vd3/K1+Vref*ADr1/(ADref*K2*K1)，

计算输入电压值Vrs，其中Vd3为整流过程中的电压降，Vref为A/D转换模块满量程电压，ADref为满量程A/D转换模块对应值，ADr1为Vr1的A/D转换值。

当硬件设计好后，V_d3、Vref、ADref三个量便固定，三者均为常量，可以直接写入代码中。而K1、K2两个量在变频调速输入电压转换装置生产过程中通过相应的设备便得到K1、K2的值，并可将K1和K2的值保存在信息处理模块的存储单元中，该存储单元可为EEPROM。虽在批量的变频调速输入电压转换装置中K1和K2的值有离散性，但只要获取ADr1值，就能精确计算出输入电压Vrs值。

作为对上述方法的进一步完善和补充，本发明还包括以下附加技术特征：

市电与工频变压器初级线圈连接，由次级线圈生成的交流电经过双向瞬态二极管除去瞬态高压后通过整流电路整流生成半波信号，半波直流电通过分压电路分压后经稳压电路到达A/D转换模块，经A/D转换模块转换得到数字信号；同时半波直流电通过电源稳压模块的滤波电容滤波后得到纹波小的直流电，该直流电经过电源稳压模块的稳压管后成为信息处理模块所需要的电源，为其供电。半波直流电经电源稳压模块的继续处理为信息处理模块供电的功能，电源稳压模块因不必另设变压器及整流电路而有效降低生本，且减少设备的体积，同时简化线路，利于生产、维修。

有益效果：

1、采用工频变压器，在电路结构上实现了市电强电与信息处理模块端弱电之间的隔离，确保了转换电路的安全，且其成本比起高频变压器低。

2、工频变压器、整流电路为电压转换模块及电源稳压模块共用部分，由次级线圈引出并通过整流电路的半波直流电经电源稳压模块再处理为信息处理模块提供电源而不必另设变压器及整流电路等其它转换装置，降低设备成本，减少体积，同时简化线路，利于生产、维修。

3、在输入电压很高干扰峰值电压时，该干扰峰值电压分别先后经过工频变压器变压、双向瞬态二极管、整流滤波、分压电路后，虽分压电阻R1上电压依旧较高，但增设稳压电路后，可有效保护信息处理模块。

4、存储单元保存了变压系数及分压系数，解决了工频变压器次级线圈与初级线圈比例关系离散及分压电阻R1和电阻R2的精度低的问题，降低成本、简化操作的同时，提高计算精度，同时避免了采用可调电阻时存在的阻值温漂问题。

【附图说明】

图1是本发明原理结构图。

图2是本发明流程图。

【具体实施方式】

以下结合说明书附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明。

如图1所示：

本发明包括电压转换模块、信息处理模块及电源稳压模块，电压转换模块包括可与市电电连接的工频变压器及用于分压的分压电路，信息处理模块包括与电压转换模块连接的A/D转换单元、用于存放工频变压器变压系数及分压电路分压系数的存储单元EEPROM及根据变压系数、分压系数及由A/D转换单元输出的数字信号计算输入电压值的计算单元、工频变压器次级线圈相连接的整流滤波电路、与整流滤波电路并联的双向瞬态二极管及与第一分压电阻R1并联的稳压电路，稳压电路的输出端与A/D转换单元相接。电源稳压模块包括整流、滤波电路及稳压电路，其中整流、滤波电路中的整流电路与电压转换模块共用，电源稳压模块滤波电路包括一滤波电容，电源稳压模块稳压电路包括一稳压管，其输出端与信息处理模块电源输入端连接。在具体实施时，分压电路出来电压也可以经过电阻和电容构成的RC滤波器后再通过稳压管D2与信息处模块相接以保护信息处理模块。

如图2所示：本发明的使用步骤包括：

2)交流电通过电压转换模块转换为直流电；

V_d3/K1+Vref*ADr1/(ADref*K2*K1)

计算输入电压值，其中V_d3为整流过程中的电压降，Vref为A/D转换模块满量程电压，ADref为满量程A/D转换模块对应值，ADr1为Vr1的A/D转换值。

步骤2)的详细过程为：市电与工频变压器初级线圈连接，由次级线圈生成的交流电经过双向瞬态二极管除去瞬态高压后通过整流桥整流生成半波信号，半波直流电通过分压电路分压后经稳压管到达A/D转换模块，经A/D转换模块转换得到数字信号。并增加以下特征：半波直流电通过滤波电容滤波后得到纹波小的直流电，该直流电经过稳压管后成为信息处理模块所需要的电源，为其供电。

根据图1详细说明工作原理及过程：

输入电源取出其中两相，如R和S。两相经过变压器T1次级线圈输出电压经过D1双向瞬态二极管TVS将R和S之间瞬态很高电压滤波滤去，再经过整流桥D3整流出来是半波信号，通过滤波电容C1滤波后得到纹波小的直流电压，直流电压经过稳压管U1变成信息处理模块U2所需要的电源VCC并且为信息处理模块提供电源。同时，直流电压还为分压电路提供电压，分压电路有分压电阻R1和R2组成，第一分压电阻R1上电压经过D2稳压管，确保第一分压电阻R1上电压值小于信息处理模块的电源电压VCC。第一分压电阻R1上的电压经过D2稳压管后经过电阻R3和电容C3滤波后进入信息处理模块A/D口。分压电路出来电压也可以经由电阻R3和电容C3构成RC滤波器后再通过稳压管D2达到保护信息处理模块U2的目的。信息处理模块U2经过A/D转换后得到数值ADr1。

公式：Vrs＝Vd3/K1+Vref*ADr1/(ADref*K2*K1)用以计算输入电压值，其中各值的计算如下：

初级线圈电压也就是RS两相电压为Vrs，初级线圈匝数为n1，次级线圈匝数为n2，次级线圈电压为Vd1，则

Vd1＝Vrs*n2/n1，

令K1＝n2/n1，则

Vd1＝Vrs*K1，

D3的二极管管压降为Vd3，则分压电阻R1和R2上总电压为Vr1+r2，

Vr1+r2＝Vd1-Vd3，

电阻R1上的电压Vr1，电阻R1的阻值为r1，R2的阻值为r2，

Vr1＝Vr1+r2*r1/(r1+r2)，

令K2＝r1/(r1+r2)，则

Vr1＝Vr1+r2*K2，

A/D转换器满量程电压为Vref，其A/D转换对应值为ADref，Vr1的A/D转换值为ADr1，则

Vr1＝Vref*ADr1/ADref，

Vr1+r2＝Vref*ADr1/(ADref*K2)，

Vd1＝Vd3+Vref*ADr1/(ADref*K2)，

Vrs＝Vd3/K1+Vref*ADr1/(ADref*K2*K1)，

硬件设计好后，Vd3、Vref、ADref等三个量固定了，是一个常量，可以直接写入代码中。K1、K2两个量是在变频调速输入电压转换装置生产过程中通过特定设备可以计算出K1、K2的值，并将K1和K2的值保存在信息处理模块U2内置的EEPROM中。在批量的变频调速输入电压转换装置中K1和K2的值有离散性。因此，只要获取ADr1值，就能计算出Vrs的值。

Claims

1.变频调速输入电压转换装置，包括电压转换模块及信息处理模块，其特征在于：所述的电压转换模块包括可与市电电连接的工频变压器及用于分压的分压电路，所述的信息处理模块包括与电压转换模块连接的A/D转换单元、用于存放工频变压器变压系数及分压电路分压系数的存储单元及根据变压系数、分压系数及由A/D转换单元输出的数字信号计算输入电压值的计算单元，所述的分压电路包括第一分压电阻及第二分压电阻。

2.根据权利要求1所述的变频调速输入电压转换装置，其特征在于：它还包括电源稳压模块，所述电源稳压模块的输入端与电压转换模块连接，其输出端与信息处理模块的电源输入端相连。

3.根据权利要求2所述的变频调速输入电压转换装置，其特征在于：所述的电压转换模块还包括与工频变压器次级线圈相连接的整流滤波电路、与整流滤波电路并联的双向瞬态二极管及与第一分压电阻并联的稳压电路，所述的稳压电路的输出端与A/D转换单元相接。

4.根据权利要求3所述的变频调速输入电压转换装置，其特征在于：所述的电源稳压模块包括整流、滤波电路及稳压电路，其中整流、滤波电路中的整流电路与电压转换模块共用，电源稳压模块滤波电路包括一滤波电容，电源稳压模块稳压电路包括一稳压管，其输出端与信息处理模块电源输入端连接。

5.根据权利要求1所述的变频调速输入电压转换方法，其特征在于它包括以下步骤：

2)交流电通过电压转换模块转换为直流电；

Vrs＝Vd3/K1+Vref*ADr1/(ADref*K2*K1)，

6.根据权利要求5所述的变频调速输入电压转换方法，其特征在于：市电与工频变压器初级线圈连接，由次级线圈生成的交流电经过双向瞬态二极管除去瞬态高压后通过整流电路整流生成半波信号，半波直流电通过分压电路分压后经稳压电路到达A/D转换模块，经A/D转换模块转换得到数字信号；同时半波直流电通过电源稳压模块的滤波电容滤波后得到纹波小的直流电，该直流电经过电源稳压模块的稳压管后成为信息处理模块所需要的电源，为其供电。