CN102749493B - 变频器输出电压的检测方法及装置、变频器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种变频器输出电压的检测方法及装置、变频器，其中，该方法包括：检测变频器中每一个功率单元的直流母线电压；根据所述每一个功率单元的直流母线电压，获取所述变频器的输出电压；解决了现有的电压检测电路直接测量变频器的输出电压的方法存在可靠性低的问题。

Description

变频器输出电压的检测方法及装置、变频器

技术领域

本发明涉及变频技术领域，尤其涉及一种变频器输出电压的检测方法及装置、变频器。

背景技术

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置，能实现对交流异步电机的软起动、变频调速、提高运转精度、改变功率因数、过流/过压/过载保护等功能。一般应用在大功率传动系统中，其结构主要由变压器、整流电路、逆变电路组成。

中（高）压变频器在同步投切、机械单元旁路、显示输出电压信息等场合需要准确测量输出电压，现有技术是采用电压检测电路直接测量变频器的输出电压。

发明人在实现本发明的过程中发现：现有的电压检测电路直接测量变频器的输出电压的方法存在可靠性低的问题。

发明内容

本发明提供一种变频器输出电压的检测方法及装置、变频器，能够提高变频器输出电压检测方法的可靠性。

第一个方面，本发明实施例提供一种变频器输出电压的检测方法，包括：检测变频器中每一个功率单元的直流母线电压；根据所述每一个功率单元的直流母线电压，获取所述变频器的输出电压。

在第一种可能的实现方式中，根据所述每一个功率单元的直流母线电压，获取所述变频器的输出电压，具体实现可以为：根据所述每一个功率单元的直流母线电压，获取所述每一个功率单元的输出电压；若所述变频器的输出电压为单相交流电压，则将所述变频器中每一个功率单元的输出电压相加，获取所述变频器的输出电压；若所述变频器的输出电压为三相交流电压，则将所述变频器同一相中每一个功率单元的输出电压相加，分别获取所述变频器的三相交流电压中每一相的输出电压。

根据第一种实现方式，在第二种可能的实现方式中，根据所述每一个功率单元的直流母线电压，获取所述每一个功率单元的输出电压，具体实现可以为：

根据所述变频器预设的每一相输出电压的电压幅值，将所述电压幅值除以每一相中功率单元的个数，得到每一个功率单元的输出电压幅值；

将所述每一个功率单元的输出电压幅值除以对应功率单元的直流母线电压，获取调制比m；

将所述直流母线电压U_dc乘以调制比m，再乘以瞬时电压系数U_t，获取所述变频器中每一个功率单元的输出电压；

其中，瞬时电压系数Ut为功率单元的输出电压在每个正弦波周期中任一时刻的瞬时电压系数。

第二方面，本发明实施例提供一种变频器输出电压的检测装置，包括：

多个检测电路，分别位于每个功率单元中，用于检测对应功率单元的直流母线电压，并将所述直流母线电压输出给控制电路；

控制电路，用于接收所述多个检测电路输出的对应功率单元的直流母线电压，根据所述直流母线电压，获取所述变频器的输出电压。

第三方面，本发明实施例提供一种变频器，包括：上述变频器输出电压的检测装置。该检测装置具体包括：多个检测电路，分别位于所述变频器的每个功率单元中，用于检测对应功率单元的直流母线电压，并将所述直流母线电压输出给对应功率单元中的控制模块；多个控制模块，分别位于所述变频器的每个功率单元中，且分别与同一功率单元中的检测电路连接，用于接收所述检测电路输出的所述直流母线电压，根据所述直流母线电压，获取对应功率单元的输出电压，并将所述对应功率单元的输出电压发送给控制单元；控制单元，位于所述变频器的控制回路中，分别于与所述变频器的每个功率单元中的控制模块连接，用于接收所述多个控制模块分别发送的对应功率单元的输出电压，若所述变频器的输出电压为单相交流电压，则将所述变频器中每一个功率单元的输出电压相加，获取所述变频器的输出电压；若所述变频器的输出电压为三相交流电压，则将所述变频器同一相中每一个功率单元的输出电压相加，分别获取所述变频器的三相交流电压中每一相的输出电压。

本实施例的变频器通过测量直流母线电压，计算每个功率单元的输出电压，将每一相中的所有功率单元的输出电压相加，可以获取变频器的每一相输出电压，由于直流母线电压是低电压，因此可以通过低压检测电路即可获取稳定可靠的直流母线电压，根据每个功率单元直流母线电压和输出电压之间的关系，直接可以获取每个功率单元的输出电压，将每一相中功率单元的输出电压进行叠加，即可得到变频器的每一相输出电压，因此，本实施例所述的方法提高了变频器输出电压检测方法的可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有的变频器的结构示意图；

图2为现有的变频器输出电压检测电路的结构示意图；

图3为本发明实施例一提供的变频器输出电压的检测方法的流程示意图；

图4为本发明实施例二提供的变频器输出电压的检测装置的结构示意图；

图5a为本发明实施例二提供的变频器输出电压的检测装置的另一种结构示意图；

图5b为本发明实施例提供的变频器输出电压检测装置应用的变频器的部分结构示意图；

图6为图3所示实施例应用的变频器的结构示意图；

图7为图6所示变频器中的功率单元的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

现有技术中采用直接测量法测量变频器输出电压，由于中高变频器输出的电压非常高，因此，测量变频器输出电压的电压检测电路需要串联大量兆级电阻来达到隔离和绝缘的目的，图1为现有的变频器的结构示意图，其中，电压采样单元为现有的变频器的输出电压检测电路，图2为现有的变频器的输出电压检测电路的结构示意图，如图2所示，直接利用电阻串联的方式采集变频器的输出电压，由于大量的串联电阻，导致电路的发热量大，降低了电压检测电路的可靠性。

鉴于现有的电压检测电路存在可靠性低的问题，本发明实施例提供了一种电压检测方法和电压检测电路，能够解决现有的电压检测电路存在可靠性低的问题。

图3为本发明实施例一提供的变频器输出电压的检测方法的流程示意图，如图3所示，具体包括：

301、检测变频器中每一个功率单元的直流母线电压。

在本发明的一个可选实施方式中，图6为图3所示实施例应用的变频器的结构示意图，如图6所示，变频器主要由变压器、主回路和控制回路组成，其中，主回路主要由3N个功率单元组成，图7为图6所示变频器中的功率单元的结构示意图，如图7所示，每一个功率单元由整流部分、逆变部分、检测电路和控制模块组成。

如图6和图7所示，在变频器中，输入三相交流电压（高压）Ua、Ub、Uc，Ua经由变压器后变压为恒压恒频的交流电压（低压），再通过A相中每个功率单元的整流后，转换成直流母线电压U_dc，然后再通过A相中每个功率单元的逆变后，将直流母线电压U_dc转换成频率、电压均可控制的每个功率单元的交流输出电压，将A相中各功率单元的输出电压叠加后即可得到变频器A相的总输出电压l_a1，同理可得到变频器B相的总输出电压l_b1和C相的总输出电压l_c1。

如图7所示，功率单元中的检测电路用于检测功率单元的直流母线电压U_dc，本发明实施例的检测电路可以通过电阻分压或者线性隔离光耦等低压检测电路实现，例如，电阻分压检测电路检测直流母线电压，具体实现时，可以通过两串电阻分别接到直流母线的两端（即正端和负端），将高阻的电压经过接地钳位等处理，然后通过控制单元进行相关控制以便获取相对稳定的直流母线电压。

在本发明的一个可选实施方式中，直流母线电压U_dc可以根据输入交流电压的大小和变压单元中的数字模型进行估算，得到一个对于直流母线电压的估算值。

在本发明的一个可选实施方式中，直流母线电压U_dc也可以通过传感器或者集成的传感器件直接检测得到，比如电压传感器等。

需要说明的是，由于直流母线电压是低电压，因此可以通过低压检测电路即可获取稳定可靠的直流母线电压，能够解决现有的电压检测电路直接测量变频器的输出电压的方法存在可靠性低的问题，同时，节省了隔离采样用的兆级电阻，简化了变频器的电压采样电路，降低了硬件成本，本实施例检测变频器的直流母线电压的方法包括但不限于上述方法。

302、根据所述每一个功率单元的直流母线电压，获取所述变频器的输出电压。

在本发明的一个可选实施方式中，如图7所示，检测电路检测到功率单元的直流母线电压后，可以将直流母线电压发送给功率单元的控制模块，控制模块可以计算功率单元的输出电压，具体包括：

根据公式：U=U_dc×m×U_t，将直流母线电压U_dc乘以调制比m，再乘以瞬时电压系数U_t，获取功率单元的输出电压U。

其中，调制比m为功率单元的输出电压幅值除以直流母线电压，瞬时电压系数U_t为功率单元的输出电压在每个正弦波周期中任一时刻的瞬时电压系数。

在实际应用中，如图6所示，变频器是根据电机M实际需要的交流电压来产生一定频率、幅值和相位的输出电压，具体实现时，变频器的控制回路中的控制单元根据用户指令预设变频器实际所需的输出电压的幅值l_max，将变频器的输出电压的幅值l_max除以每一相中功率单元的个数N，获得每一个功率单元的输出电压幅值U_max，通过光纤通讯将每一个功率单元的输出电压幅值U_max发送给对应的功率单元中的控制模块。

如图7所示，每个功率单元的控制模块通过光纤通讯获取到对应功率单元的输出电压幅值U_max，根据检测电路检测得到的功率单元的直流母线电压U_dc，将率单元的输出电压幅值U_max除以功率单元的直流母线电压U_dc，可以获取调制比m，即m=U_max/U_dc；

需要说明的是，在实际应用中，变频器中的每个功率单元的型号和性能几乎是相同，因此，每个功率单元的直流母线电压和调制比m可以是相同的。

需要说明的是，在实际应用中，每一个功率单元的输出电压为正弦电压，功率单元的控制模块可以根据正弦波的解析函数 计算得到正弦电压在每个正弦波周期中任一时刻的瞬时电压系数为U_t；其中，f为功率单元输出的正弦电压每秒钟变化的周数，称为频率，t为时间，需要说明的是，功率单元输出的正弦电压在不同的时间，具有不同的相位，因此有不同的状态，当t=0时，输出的正弦电压的相位 为初始相位，此时的瞬时电压

功率单元的控制模块根据公式：U_xn=U_dc×m×U_t，可以计算功率单元在任一时刻的输出电压 其中，U_xn是指变频器中任一个功率单元在任一时刻的输出电压。

在本发明的一个可选实施方式中，如图6所示，本实施例的变频器包括三相功率单元串联电路，每一相功率单元串联电路包括n个串联的功率单元，变频器的输出电压为三相交流电压la、lb、lc；

如图6和图7所示，变频器中每一个功率单元的控制模块将计算得到的每个功率单元在任一时刻的输出电压通过光纤通信发送给控制回路的控制单元，控制单元将同一相中每个功率单元在任一时刻的输出电压相加，获取变频器在任一时刻的每一相输出电压。

即la=U_a1+U_a2+……+U_an；

lb=U_b1+U_b2+……+U_bn；

lc=U_c1+U_c2+……+U_cn。

在本发明的一个可选实施方式中，本实施例的变频器的输出电压是单相交流电压，根据公式U=U_dc×m×U_t可以计算每一个功率单元的输出电压，将每一个功率单元的输出电压相加，可以获取该变频器的输出电压。

本实施例的变频器通过测量直流母线电压，计算每个功率单元的输出电压，将每一相中的所有功率单元的输出电压相加，可以获取变频器的每一相总输出电压，由于直流母线电压是低电压，因此可以通过低压检测电路即可获取稳定可靠的直流母线电压，根据本实施例采用的直流母线电压和每个功率单元的输出电压之间的关系，直接可以获取每个功率单元的输出电压，将每一相中功率单元的输出电压进行叠加，即可得到变频器的每一相总输出电压，因此，本实施例所述的方法提高了变频器输出电压检测方法的可靠性。

图4为本发明实施例二提供的变频器输出电压的检测装置的结构示意图，如图4所示，变频器输出电压的检测装置40具体包括：

多个检测电路41，分别位于每个功率单元中，用于检测对应功率单元的直流母线电压，并将所述直流母线电压输出给控制电路；

控制电路42，用于接收所述多个检测电路输出的对应功率单元的直流母线电压，根据所述直流母线电压，获取所述变频器的输出电压。

需要说明的是，检测电路41的功能可以通过电阻分压电路或者线性隔离光耦电路等低压检测电路来实现，例如，电阻分压电路检测直流母线电压，具体实现时，可以通过两串电阻分别接到直流母线的两端（即正端和负端），将高阻的电压经过接地钳位等处理，然后通过控制单元进行相关控制以便获取相对稳定的直流母线电压。

需要说明的是，由于直流母线电压是低电压，因此可以通过低压检测电路即可获取稳定可靠的直流母线电压，能够解决现有的电压检测电路直接测量变频器的输出电压的方法存在可靠性低的问题，同时，节省了隔离采样用的兆级电阻，简化了变频器的电压采样电路，降低了硬件成本。

在本发明的一个可选实施方式中，如图5a，控制电路42具体包括：

多个控制模块421，分别位于每个功率单元中，且分别与同一功率单元中的检测电路连接，用于接收所述检测电路输出的所述直流母线电压，根据所述直流母线电压，获取对应功率单元的输出电压，并将所述对应功率单元的输出电压发送给控制单元；

控制单元422，位于控制回路中，分别与每个功率单元中的控制模块连接，用于接收所述多个控制模块发送的对应功率单元的输出电压，若所述变频器的输出电压为单相交流电压，则将所述变频器中每一个功率单元的输出电压相加，获取所述变频器的输出电压；或者若所述变频器的输出电压为三相交流电压，则将所述变频器同一相中每一个功率单元的输出电压相加，分别获取所述变频器的三相交流电压中每一相的输出电压。

在本发明的一个可选实施方式中，控制单元422，具体用于根据变频器预设的每一相输出电压的电压幅值，将所述电压幅值除以每一相中功率单元的个数，得到每一个功率单元的输出电压幅值，将所述功率单元的输出电压幅值发送给对应功率单元中的控制模块；

多个控制模块421，具体用于根据控制单元422发送的对应功率单元的输出电压幅值，将所述对应功率单元的输出电压幅值除以所述对应功率单元的直流母线电压，获取调制比m；将所述对应功率单元的直流母线电压U_dc乘以调制比m，再乘以瞬时电压系数U_t，获取所述对应功率单元的输出电压；

其中，瞬时电压系数Ut为功率单元的输出电压在每个正弦波周期中任一时刻的瞬时电压系数。

图5b为本发明实施例提供的变频器输出电压检测装置应用的变频器的部分结构示意图，如图5b所示，其中功率单元和控制回路为变频器中的已有结构，与现有技术相同的部分在此未示出。本发明实施例提供的变频器输出电压检测装置40中的检测电路41部署在各个功率单元中，与各个功率单元中的各个检测电路41连接的是控制模块421，控制回路中部署有控制单元422。控制模块421和控制单元422之间的连接可以是光纤。

本实施例的变频器通过检测电路检测得到的每个功率单元的直流母线电压，通过控制模块预设的直流母线电压和每个功率单元的输出电压之间的关系，直接可以获取每个功率单元的输出电压，通过控制单元将每一相中功率单元的输出电压进行叠加，即可得到变频器的每一相输出电压，由于直流母线电压是低电压，因此可以通过低压检测电路即可获取稳定可靠的直流母线电压，因此，本实施例所述的装置提高了变频器输出电压检测方法的可靠性。

本发明实施例三提供一种变频器，如图6所示，包括：多个功率单元和控制回路，所述多个功率单元与所述控制回路之间通过光纤通信连接。

图7为图6所示变频器中的功率单元的结构示意图，如图7所示，每一个功率单元中包括检测电路和控制模块，所述检测电路和所述控制模块之间电路连接；

如图6所示，所述控制回路中包括控制单元；

其中，所述多个功率单元与所述控制回路之间通过光纤通信连接，具体实现时可以为，所述控制回路中的控制单元通过光纤通信分别与每个功率单元中的控制模块之间进行连接。

在本发明的一个可选实施方式中，控制回路中的控制单元，具体用于根据变频器预设的每一相输出电压的电压幅值，将所述电压幅值除以每一相中功率单元的个数，得到每一个功率单元的输出电压幅值，将所述功率单元的输出电压幅值发送给对应功率单元中的控制模块；

每个功率单元中的控制模块，用于根据所述控制单元发送的对应功率单元的输出电压幅值，将所述对应功率单元的输出电压幅值除以所述对应功率单元的直流母线电压，获取调制比m；

在本发明的一个可选实施方式中，每个功率单元中的检测电路，用于检测对应功率单元的直流母线电压，并将所述直流母线电压输出给所述功率单元的控制模块；

每个功率单元中的控制模块，用于接收对应功率单元中的检测电路输出的所述直流母线电压，将所述对应功率单元的直流母线电压U_dc乘以调制比m，再乘以瞬时电压系数U_t，获取所述对应功率单元的输出电压，并将所述对应功率单元的输出电压发送给控制回路中的控制单元。其中，瞬时电压系数Ut为功率单元的输出电压在每个正弦波周期中任一时刻的瞬时电压系数。

控制回路中的控制单元，用于接收每个功率单元中的控制模块发送的对应功率单元的输出电压，若所述变频器的输出电压为单相交流电压，则将所述变频器中每一个功率单元的输出电压相加，获取所述变频器的输出电压；或者若所述变频器的输出电压为三相交流电压，则将所述变频器同一相中每一个功率单元的输出电压相加，分别获取所述变频器的三相交流电压中每一相的输出电压。

本实施例的变频器通过测量直流母线电压，获取该变频器的输出电压，节省了直接测量变频器输出电压所需的兆级电阻串联电路，简化了变频器的电压采样电路，降低了硬件成本。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (3)

1.一种变频器输出电压的检测方法，其特征在于，包括：

检测变频器中每一个功率单元的直流母线电压；

根据所述每一个功率单元的直流母线电压，获取所述变频器的输出电压；

其中，所述根据所述每一个功率单元的直流母线电压，获取所述变频器的输出电压，具体包括：

根据所述每一个功率单元的直流母线电压，获取所述每一个功率单元的输出电压；

若所述变频器的输出电压为单相交流电压，则将所述变频器中每一个功率单元的输出电压相加，获取所述变频器的输出电压；

若所述变频器的输出电压为三相交流电压，则将所述变频器同一相中每一个功率单元的输出电压相加，分别获取所述变频器的三相交流电压中每一相的输出电压；

其中，所述根据所述每一个功率单元的直流母线电压，获取所述每一个功率单元的输出电压，具体包括：

根据所述变频器预设的每一相输出电压的电压幅值，将所述电压幅值除以每一相中功率单元的个数，得到每一个功率单元的输出电压幅值；

将所述每一个功率单元的输出电压幅值除以对应功率单元的直流母线电压，获取调制比m；

将所述直流母线电压U_dc乘以调制比m，再乘以瞬时电压系数U_t，获取所述变频器中每一个功率单元的输出电压；

其中，瞬时电压系数U_t为功率单元的输出电压在每个正弦波周期中任一时刻的瞬时电压系数。

2.一种变频器输出电压的检测装置，其特征在于，包括：

多个检测电路，分别位于每个功率单元中，用于检测对应功率单元的直流母线电压，并将所述直流母线电压输出给控制电路；

控制电路，用于接收所述多个检测电路输出的对应功率单元的直流母线电压，根据所述直流母线电压，获取所述变频器的输出电压；

其中，所述控制电路具体包括：

多个控制模块，分别位于每个功率单元中，且分别与同一功率单元中的检测电路连接，用于接收所述检测电路输出的所述直流母线电压，根据所述直流母线电压，获取对应功率单元的输出电压，并将所述对应功率单元的输出电压发送给控制单元；

控制单元，位于控制回路中，分别于与每个功率单元中的控制模块连接，用于接收所述多个控制模块发送的对应功率单元的输出电压，若所述变频器的输出电压为单相交流电压，则将所述变频器中每一个功率单元的输出电压相加，获取所述变频器的输出电压；若所述变频器的输出电压为三相交流电压，则将所述变频器同一相中每一个功率单元的输出电压相加，分别获取所述变频器的三相交流电压中每一相的输出电压；

其中，所述控制单元，具体用于根据变频器预设的每一相输出电压的电压幅值，将所述电压幅值除以每一相中功率单元的个数，得到每一个功率单元的输出电压幅值，将所述功率单元的输出电压幅值发送给对应功率单元中的控制模块；

其中，所述多个控制模块，具体用于根据所述控制单元发送的对应功率单元的输出电压幅值，将所述对应功率单元的输出电压幅值除以所述对应功率单元的直流母线电压，获取调制比m；将所述对应功率单元的直流母线电压U_dc乘以所述调制比m，再乘以瞬时电压系数U_t，获取所述对应功率单元的输出电压；

其中，瞬时电压系数U_t为功率单元的输出电压在每个正弦波周期中任一时刻的瞬时电压系数。

3.一种变频器，其特征在于，包括：

多个检测电路，分别位于所述变频器的每个功率单元中，用于检测对应功率单元的直流母线电压，并将所述直流母线电压输出给对应功率单元中的控制模块；

多个控制模块，分别位于所述变频器的每个功率单元中，且分别与同一功率单元中的检测电路连接，用于接收所述检测电路输出的所述直流母线电压，根据所述直流母线电压，获取对应功率单元的输出电压，并将所述对应功率单元的输出电压发送给控制单元；

控制单元，位于所述变频器的控制回路中，分别于与所述变频器的每个功率单元中的控制模块连接，用于接收所述多个控制模块分别发送的对应功率单元的输出电压，若所述变频器的输出电压为单相交流电压，则将所述变频器中每一个功率单元的输出电压相加，获取所述变频器的输出电压；若所述变频器的输出电压为三相交流电压，则将所述变频器同一相中每一个功率单元的输出电压相加，分别获取所述变频器的三相交流电压中每一相的输出电压；

其中，所述控制单元，具体用于根据变频器预设的每一相输出电压的电压幅值，将所述电压幅值除以每一相中功率单元的个数，得到每一个功率单元的输出电压幅值，将所述功率单元的输出电压幅值发送给对应功率单元中的控制模块；

所述多个控制模块，具体用于根据所述控制单元发送的对应功率单元的输出电压幅值，将所述对应功率单元的输出电压幅值除以所述对应功率单元的直流母线电压，获取调制比m；将所述对应功率单元的直流母线电压U_dc乘以所述调制比m，再乘以瞬时电压系数U_t，获取所述对应功率单元的输出电压；

其中，瞬时电压系数U_t为功率单元的输出电压在每个正弦波周期中任一时刻的瞬时电压系数。