CN102169137A - 一种高压变频器电压信号处理方法及测量装置 - Google Patents

Abstract

一种高压变频器电压信号处理方法及测量装置，电压采集电路采用电阻分压式处理方式，其特征在于：在高压变频器的输入和输出两端分别采用电阻分压式采集电压信号，并分别将所采集的电压信号送入一个输入输出电压检测装置内，通过调理电路的差分放大、隔离、滤波后，进行数字化处理转换处理等信号调理，再将经过信号调理处理后数字化处理转换结果送入逻辑处理器进行运算和控制；且逻辑处理器后的信号通过光纤与高压变频器主控制板之间进行光纤通讯。本发明的电阻式电压取样电路解决了电压检测中高压互感器体积大、误差大、控制不准确的技术问题，用电阻分压方式测量变频器输入输出电压，体积小，成本低，可靠性高。

Description

一种高压变频器电压信号处理方法及测量装置

技术领域

本发明涉及一种电气部件的工作方法及装置，具体说是一种高压变频器电压信号处理方法及测量装置，主要用于高压变频器的电压信号处理。

背景技术

随着经济的快速发展，能源成为制约经济增长的瓶颈，节约降耗也就成为国家和企业严重关切的问题。具有理想节能效果和调速性能的高压变频器引起政府主管部门和各高耗能企业的高度关注，变频成为首选的节能产品。

当前开发高压变频器的过程中，对输入、输出电压主要的测试方法是通过电磁式电压互感器进行。这种检测方法体积大、误差大、测量不准确，铁芯励磁电流过大影响模拟电路稳定性和器件寿命。信号调理部分传统的解决方法是采用“低通电路—调理电路—电缆传输”，高压输入信号的处理未经过隔离送入主控板，有安全隐患，同时，主控板和高压变频器电压测量装置之间的通讯传统的解决方法是基于变压器的电测隔离和屏蔽电缆技术，其无故障接口方式复杂，系统庞大，成本高。对于当前高压变频器主要有以下几个问题需要解决。

第一、当前开发高压变频器的过程中，对输入、输出电压主要的测试方法是通过电磁式电压互感器进行。这种检测方法体积大、误差大、测量不准确，铁芯励磁电流过大影响模拟电路稳定性和器件寿命。

第二、信号调理部分传统的解决方法是采用“低通电路—调理电路—电缆传输”，高压输入信号未经过隔离送入主控板，带来高压干扰，造成安全隐患。

第三、高压变频器电压测量装置与外界通讯方式，传统的解决方法是基于变压器的电测隔离和屏蔽电缆技术，其电信号远距离传输时，干扰大，影响传输精度，其无故障接口方式复杂，系统庞大，成本高。

经过检索发现有如下一些专利和文章与本技术相关：

1、专利号为ZL200720072261.X，名称为“一种用于高压变频器的电压检测装置”的实用新型。此专利提出了利用电阻分压式方式测量输入输出电压，具体做法是将电压通过电阻分压方式接入，进行了瞬变电压抑制后通过接口板接入电压处理部分，电压处理部分先用霍尔电压传感器，再接入检测电路。该技术方案的不足之处有：第一，采用接口板，增加了电压测量的成本，降低了系统的可靠性；第二，采用霍尔电压传感器，也增加了系统成本。

2、专利号为ZL200720028589.1，名称为“一种中高压变频器电压检测电路”的实用新型。此专利也是利用电阻式电压取样方式来采集电压，将三组串联电阻接成了星形形式，在每一相得串联电阻上连接电压信号处理电路，在信号处理中也采用光纤通讯。该技术方案的不足之处有：第一，电阻式分压电路处理后，没有对输入电压进行抑制和保护；第二，此种测量方式只可以测线电压，由于中性点未引出，不可以测相电压；第三，对电压的处理方式存在局限性，电阻取样电路后，直接进行了滤波、调制和解调处理后，通过光纤将电压信号送出，电压信号未经过任何逻辑处理和比较。

3、授权公告号为 CN 201479138 U，名称为“双光纤通讯装置”的实用新型。此专利提出了变频器功率单元和主控制器之间的采用双光纤通讯方法。该专利仅仅提出了功率模块和主控制器之间在采用双光纤通讯的通讯方式，而没有其他的任何改进。

所以上述专利文献并没有很好解决目前高压变频器的输入、输出电压测试所存在的问题，因此需要进一步加以改进。

发明内容

本发明的目的，就是针对现有高压变频器输入、输出电压测试方法体积大、误差大、测量不准确问题，提出一种体积小、可靠性高、准确度高的高压变频器输入、输出电压测试方法及装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高压变频器电压信号处理方法，电压采集电路采用电阻分压式处理方式，其特点在于：在高压变频器的输入和输出两端分别采用电阻分压式采集电压信号，并分别将所采集的电压信号送入一个输入输出电压检测装置内，通过调理电路的差分放大、隔离、滤波后，进行数字化处理转换处理等信号调理，再将经过信号调理处理后数字化处理转换结果送入逻辑处理器进行运算和控制；且逻辑处理器后的信号通过光纤与高压变频器主控制板之间进行光纤通讯。其中：

所述的高压变频器的输入和输出两端分别采用电阻分压式采集电压信号是指高压变频器输入和输出高压均采用电阻分压方式转换为低压电路可处理的信号输入给调理电路。

所述的调理电路由“差分放大---隔离放大电路---低通滤波电路--数字化处理转换电路”构成，数字化处理转换完成后送入逻辑处理器。差分放大电路可以有效滤除共模信号，提高抗干扰能力，稳定性好。隔离运放电路实现高低压的有效隔离，保护电路，提高了安全性。滤波电路滤除不必要的谐波，经滤波后送入数字化处理转换器，此种处理方式是针对高压变频器的使用环境恶劣，高温、高谐波、高噪声的情况下，提高了高压变频器的抗干扰能力，确保了电压测量的准确性。

所述的逻辑处理器进行运算和控制是指将数字化处理转换结果接入逻辑处理器，逻辑处理器对转换结果进行逻辑运算和处理，数字化处理转换器控制信号也接入逻辑处理器，编程可实现对数字化处理采样的控制，可对数字化处理转换进行软件滤波，对高压和谐波信号进行了第二次滤波，提高抗干扰能力。

所述的光纤通讯是指逻辑处理器的通讯信号经隔离后，通过光纤与高压变频器主控板进行通讯，减少远距离传输干扰，隔离高压，抗电磁干扰，提高了信号传输的准确性和可靠性，使用简单方便，大大降低了系统成本。

根据上述方法所提出的高压变频器电压信号处理测量装置是：一种高压变频器电压信号处理测量装置，包括电压采集单元，信号调理电路、逻辑处理器和光纤通讯电路，在高压变频器的输入输出两端分别设有电压采集单元，电压采集单元采用电阻分压方式采集高压变频器输入输出的电压信号，分别转换为低压电路可处理的信号输入给信号调理电路，信号调理电路由差分放大---隔离放大电路---低通滤波电路--数字化处理转换电路组合形成，电压信号经差分放大、隔离、滤波后，进行数字化处理转换后，输入逻辑处理器，逻辑处理器将数字化处理转换结果送入逻辑处理器进行运算和控制；逻辑处理器处理的信号通过光纤和高压变频器主控制板之间通讯。

本发明的优点在于：

第一，本发明的电压测量方式是针对高压变频器的使用环境恶劣，在高温、高谐波、高噪声的情况下，电阻式电压取样电路解决了电压检测中高压互感器体积大、误差大、控制不准确的技术问题，用电阻分压方式测量变频器输入输出电压，体积小，成本低，可靠性高。

第二，本发明采用的是差分放大电路，在电路处理方面采用了差分放大电路和隔离放大处理，隔离了高压使用环境下的强噪声干扰，差分放大也去除了共模干扰信号，提高了电路处理的准确性和电压测量的精度。在信号处理方面，进行了隔离放大，高压输入侧和电路处理侧之间电气绝缘，还可抑制噪声干扰。

第三，电压信号处理时，没有再使用传感器或互感器，减小了体积，降低了成本。

第四，采用了光纤通讯方式，应用于电压信号处理装置和主控制器之间。在变频器输入输出电压信号处就地采集和处理，就近将电信号转为了光信号，具有很好的抗电磁干扰性能，克服了电信号远距离传输的种种不足。光纤通讯实现了模拟信号就地转换为光信号。

附图说明

图1是本发明的系统结构示意图；

图2是本发明的电阻分压方式示意图；

图3是本发明的信号调理示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

附图1给出了本发明的一种示意图，通过附图可以看出本发明涉及一种高压变频器电压信号处理方法，电压采集电路采用电阻分压式处理方式，其特点在于：在高压变频器的输入和输出两端分别采用电阻分压式采集电压信号，并分别将所采集的电压信号送入一个输入输出电压检测装置内，通过调理电路的差分放大、隔离、滤波后，进行数字化处理转换处理等信号调理，再将经过信号调理处理后数字化处理转换结果送入逻辑处理器进行运算和控制；且逻辑处理器后的信号通过光纤与高压变频器主控制板之间进行光纤通讯。其中：

所述的高压变频器的输入和输出两端分别采用电阻分压式采集电压信号是指高压变频器输入和输出高压均采用电阻分压方式转换为低压电路可处理的信号输入给调理电路。

如附图2所示，电压测量方式以A相输入电压为例，高压变频器的输入A相接高压电阻R1和分压电阻R2，分压R2和双向TVS器件D1连接后，和模拟处理板上的输入接口相连。R1和R2配以合适的分压比，使输入电压在模拟处理板可处理的信号范围内，D1可抑制浪涌电压，保护后续电路单元。

所述的调理电路如附图3所示，由“差分放大---隔离放大电路---低通滤波电路--数字化处理转换电路”构成，数字化处理转换完成后送入逻辑处理器。差分放大电路可以有效滤除共模信号，提高抗干扰能力，稳定性好。隔离运放电路实现高低压的有效隔离，保护电路，提高了安全性。滤波电路滤除不必要的谐波，经滤波后送入数字化处理转换器，此种处理方式是针对高压变频器的使用环境恶劣，高温、高谐波、高噪声的情况下，提高了高压变频器的抗干扰能力，确保了电压测量的准确性。

所述的逻辑处理器进行运算和控制是指将数字化处理转换结果接入逻辑处理器，逻辑处理器对转换结果进行逻辑运算和处理，数字化处理转换器控制信号也接入逻辑处理器，编程可实现对数字化处理采样的控制，可对数字化处理转换进行软件滤波，对高压和谐波信号进行了第二次滤波，提高抗干扰能力。所述逻辑处理器为可编程逻辑控制器，可编程逻辑控制可选择现场可编程门阵列芯片、复杂可编程器件芯片、微控制器芯片和数字信号处理器芯片中的一种，能同时实现高压变频器系统的测量和高压变频器测量系统的控制。逻辑处理器对数字化转换结果进行处理，并控制数字化转换器信号，还可对数字化转换结果进行软件滤波，实现了模拟信号的高准确性测量。

所述的光纤通讯是指逻辑处理器的通讯信号经隔离后，通过光纤与高压变频器主控板进行通讯，减少远距离传输干扰，隔离高压，抗电磁干扰，提高了信号传输的准确性和可靠性，使用简单方便，大大降低了系统成本。

根据上述方法所提出的高压变频器电压信号处理测量装置是：一种高压变频器电压信号处理测量装置，包括电压采集单元，信号调理电路、逻辑处理器和光纤通讯电路，在高压变频器的输入输出两端分别设有电压采集单元，电压采集单元采用电阻分压方式采集高压变频器输入输出的电压信号，分别转换为低压电路可处理的信号输入给信号调理电路，信号调理电路由差分放大1---隔离放大电路2---低通滤波电路3—数字化处理转换电路4组合形成，电压信号经差分放大、隔离、滤波后，进行数字化处理转换，再输入逻辑处理器5，逻辑处理器将数字化处理转换结果送入逻辑处理器进行运算和控制；逻辑处理器处理的信号通过光纤和高压变频器主控制板之间通讯。

术语解释：

TVS： Transient Voltage Suppressor  瞬态电压抑制器

FPGA: Field－Programmable Gate Array  现场可编程门阵列

Claims (8)

1.一种高压变频器电压信号处理方法，电压采集电路采用电阻分压式处理方式，其特征在于：在高压变频器的输入和输出两端分别采用电阻分压式采集电压信号，并分别将所采集的电压信号送入一个输入输出电压检测装置内，通过调理电路的差分放大、隔离、滤波后，进行数字化处理转换处理等信号调理，再将经过信号调理处理后数字化处理转换结果送入逻辑处理器进行运算和控制；且逻辑处理器后的信号通过光纤与高压变频器主控制板之间进行光纤通讯。

2.如权利要求1所述的高压变频器电压信号处理方法，其特征在于：所述的高压变频器的输入和输出两端分别采用电阻分压式采集电压信号是指高压变频器输入和输出高压均采用电阻分压方式转换为低压电路可处理的信号输入给调理电路。

3.如权利要求2所述的高压变频器电压信号处理方法，其特征在于：所述的调理电路由“差分放大---隔离放大电路---低通滤波电路--数字化处理转换电路”构成，数字化处理转换完成后送入逻辑处理器。

4.如权利要求3所述的高压变频器电压信号处理方法，其特征在于：所述的逻辑处理器进行运算和控制是指将数字化处理转换结果接入逻辑处理器，逻辑处理器对转换结果进行逻辑运算和处理，数字化处理转换器控制信号也接入逻辑处理器，编程实现对数字化处理采样的控制，对数字化处理转换进行软件滤波，对高压和谐波信号进行了第二次滤波。

5.如权利要求4所述的高压变频器电压信号处理方法，其特征在于：所述的光纤通讯是指逻辑处理器的通讯信号经隔离后，通过光纤与高压变频器主控板进行通讯。

6.一种高压变频器电压信号处理测量装置，包括电压采集单元，信号调理电路、逻辑处理器和光纤通讯电路，在高压变频器的输入输出两端分别设有电压采集单元，电压采集单元采用电阻分压方式采集高压变频器输入输出的电压信号，分别转换为低压电路可处理的信号输入给信号调理电路，信号调理电路由差分放大---隔离放大电路---低通滤波电路--数字化处理转换电路组合形成，电压信号经差分放大、隔离、滤波后，进行数字化处理转换后，输入逻辑处理器，逻辑处理器将数字化处理转换结果送入逻辑处理器进行运算和控制；逻辑处理器处理的信号通过光纤和高压变频器主控制板之间通讯。

7.如权利要求6所述的高压变频器电压信号处理测量装置，其特征在于：所述的所述逻辑处理器为可编程逻辑控制器。

8.如权利要求7所述的高压变频器电压信号处理测量装置，其特征在于：所述的可编程逻辑控制为现场可编程门阵列芯片、复杂可编程器件芯片、微控制器芯片和数字信号处理器芯片中的一种，能同时实现高压变频器系统的测量和高压变频器测量系统的控制。

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