CN103884900A

CN103884900A - 一种变频调速器的直流母线电压检测装置及方法

Info

Publication number: CN103884900A
Application number: CN201410124439.5A
Authority: CN
Inventors: 刘海波; 董玉杰; 杨战旗; 黎永碧; 张素妍; 艾超阳; 艾永乐; 王玉梅
Original assignee: Henan University of Technology
Current assignee: Henan University of Technology
Priority date: 2014-03-31
Filing date: 2014-03-31
Publication date: 2014-06-25
Anticipated expiration: 2034-03-31
Also published as: CN103884900B

Abstract

本发明涉及一种变频调速器的直流母线电压检测装置及方法，所述装置包括：分压限流钳位电路，用于将直流母线电压通过分压和限流转换为毫伏级电压信号，再将毫伏级电压信号引入给差分输入放大电路；差分输入放大电路，用于将引入的毫伏级电压信号放大恢复为伏级电压信号，再将伏级电压信号引入给比例放大电路；比例放大电路，用于将引入的伏级电压信号放大恢复为直流母线电压实际值，并将直流母线电压实际值输出至变频调速器的控制主板。所述直流母线电压检测方法与该装置原理相同。本发明通过对直流母线电压检测装置的重新设计，不仅实现了变频调速器的直流母线电压检测电路的简化，提高了检测的实时性、稳定性和精度，还实现了偏差校准功能。

Description

一种变频调速器的直流母线电压检测装置及方法

技术领域

本发明涉及直流母线电压检测领域，特别是涉及一种变频调速器的直流母线电压检测装置及方法。

背景技术

变频调速器的直流母线电压是变频调速器信号检测系统中非常关键的一个参数，它直接参与到了变频器的控制算法，且直流母线电压检测的准确性决定了变频调速器的性能。

现有技术普遍采用的直流母线电压检测电路是通过为控制系统供电的开关变压器的一个副边输出来完成的，其原理是将直流母线电压作为开关变压器的输入，开关变压器的一个副边电压与直流母线电压形成对应比例。这种检测模式的电路结构复杂，响应时间较慢，实时性差，容且易受到变压器本身的振荡干扰，检测准确度不高。

鉴于开关变压器检测直流母线电压所存在的问题，本发明提出了一种电路结构简单，高可靠性的变频调速器的直流母线电压检测装置及方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种变频调速器的直流母线电压检测装置及方法，用于解决现有变频调速器的直流母线电压检测电路结构复杂、响应慢、准确度不高等问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种变频调速器的直流母线电压检测装置，包括分压限流钳位电路、差分输入放大电路和比例放大电路；

所述分压限流钳位电路，用于将直流母线电压通过分压和限流转换为毫伏级电压信号，再将毫伏级电压信号引入给差分输入放大电路；

所述差分输入放大电路，用于将引入的毫伏级电压信号放大恢复为伏级电压信号，再将伏级电压信号引入给比例放大电路；

所述比例放大电路，用于将引入的伏级电压信号放大恢复为直流母线电压实际值，并将直流母线电压实际值输出至变频调速器的控制主板。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，还包括电源电路，其连接所述差分输入放大电路和比例放大电路的供电端，用于向差分输入放大电路和比例放大电路供电。

进一步，还包括校准电路，其用于校准所述比例放大电路恢复的直流母线电压实际值与设定的变频调速器直流母线电压值是否有偏差，并消除存在的偏差。

进一步，所述校准电路包括串联的第六电阻和电位器，所述第六电阻一端连接所述比例放大电路的反相输入端，另一端连接电位器，所述电位器的另一端接地。

进一步，所述分压限流钳位电路包括第一串联电阻电路、第二串联电阻电路、第一二极管、第二二极管和第一电阻；

所述第一串联电阻电路包括串联且阻值任意的若干个电阻，其一端连接直流母线电压端，另一端连接所述差分输入放大电路的同相输入端，并同时连接第一二极管阳极、第二二极管阴极和第一电阻的一端，且第一电阻另一端接地；

所述第二串联电阻电路包括串联且阻值任意的若干个电阻，其一端连接直流母线接地端，另一端连接所述差分输入放大电路的反相输入端，并同时连接连接第一二极管阴极和第二二极管阳极。

进一步，所述分压限流钳位电路还包括用于去耦的第一电容，其与第一电阻相并联。

进一步，所述差分输入放大电路包括第一运算放大器、第二电阻、第二电容和第三电阻；

所述第一运算放大器的同相输入端和反相输入端分别为所述差分输入放大电路的同相输入端和反相输入端；

所述第一运算放大器，其同相输入端和反相输入端，用于从所述分压限流钳位电路引入毫伏级电压信号，其输出端连接第三电阻的一端，第三电阻的另一端为所述差分输入放大电路的输出端；

所述第二电阻和所述第二电容相并联，且均串联在所述第一运算放大器的反相输入端与输出端之间。

进一步，所述比例放大电路包括第二运算放大器、第四电阻和第五电阻；

所述第二运算放大器的同相输入端和反相输入端分别为所述比例放大电路的同相输入端和反相输入端；

所述第二运算放大器，其同相输入端连接所述差分输入电路的输出端，其反相输入端与输出端之间串联第四电阻，其输出端连接第五电阻，且第五电阻另一端为所述比较放大电路的输出端。

本发明的技术方案还包括一种变频调速器的直流母线电压检测方法，主要有以下步骤：

分压限流钳位步骤，将直流母线电压通过分压和限流转换为毫伏级电压信号，再将毫伏级电压信号引入给差分输入放大步骤；

差分输入放大步骤，将引入的毫伏级电压信号放大恢复为伏级电压信号，再将伏级电压信号引入给比例放大步骤；

比例放大步骤，将引入的伏级电压信号放大恢复为直流母线电压实际值，并将直流母线电压实际值输出给变频调速器的控制主板。

进一步，还包括校准步骤，校准比例放大步骤恢复的直流母线电压实际值与设定的变频调速器直流母线电压值是否有偏差，并消除存在的偏差。

本发明的有益效果是：本发明通过对直流母线电压检测装置的重新设计，不仅实现了变频调速器的的直流母线电压检测电路的简化、提高了检测的实时性、稳定性和精度，还实现了偏差校准功能。

附图说明

图1为本发明所述变频调速器的直流母线电压检测装置的结构示意图；

图2为本发明所述变频调速器的直流母线电压检测方法的流程示意图；

图3为本发明实施例中直流母线电压检测装置的电路结构图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示，本实施例给出了一种变频调速器的直流母线电压检测装置，包括分压限流钳位电路、差分输入放大电路和比例放大电路；

所述分压限流钳位电路，其输入端连接直流母线，输出端连接差分输入放大电路，用于将直流母线电压通过分压和限流转换为毫伏级电压信号，再将毫伏级电压信号引入给差分输入放大电路；

所述差分输入放大电路，其输入端连接所述分压限流钳位电路，输出端连接所述比例放大电路，用于将引入的毫伏级电压信号放大恢复为伏级电压信号，再将伏级电压信号引入给比例放大电路；

所述比例放大电路，其输入端连接所述差分输入放大电路，输出端连接变频调速器的控制主板，用于将引入的伏级电压信号放大恢复为直流母线电压实际值，并将直流母线电压实际值输出至变频调速器的控制主板。

此外，还包括电源电路和校准电路。所述电源电路连接所述差分输入放大电路和比例放大电路的供电端，用于向差分输入放大电路和比例放大电路供电；所述校准电路用于校准所述比例放大电路恢复的直流母线电压实际值与设定的变频调速器直流母线电压值是否有偏差，并消除存在的偏差。

如图2所示，本实施例还对应给出了一种变频调速器的直流母线电压检测方法，主要有以下步骤：

比例放大步骤，将引入的伏级电压信号放大恢复为直流母线电压实际值，并将直流母线电压实际值输出给变频调速器的控制主板；

校准步骤，校准比例放大步骤恢复的直流母线电压实际值与设定的变频调速器直流母线电压值是否有偏差，并消除存在的偏差。

该直流母线电压检测方法依靠上述直流母线电压检测装置实现，两者工作原理相同。

如图3所示，所述分压限流钳位电路包括第一串联电阻电路、第二串联电阻电路、第一二极管D1、第二二极管D2、第一电阻R21和用于去耦的第一电容C1，其中所述第一串联电阻电路包括串联且阻值任意的若干个电阻（图3所示的依次串联的电阻R1-R10），其一端作为分压限流钳位电路的第一输入端（R1的端子），连接直流母线电压端DC+，另一端作为分压限流钳位电路的第一输出端(R10的端子)，连接第一二极管D1阳极、第二二极管D2阴极和第一电阻R21的一端，且第一电阻R21的另一端接地；所述第一电容C1与第一电阻R21相并联。

所述第二串联电阻电路包括串联且阻值任意的若干个电阻（图3所示的R11至R20），其一端作为分压限流钳位电路的第二输入端（R11的端子），连接直流母线接地端0V，另一端作为分压限流钳位电路的第二输出端（R20的端子），连接第一二极管D1阴极和第二二极管D2阳极。

分压限流钳位电路中，R1-R10、R11-R20、R21将变频调速器的600V或1000V直流高电压分压限流为毫伏级小电压、毫安级小电流供给差分输入放大电路，实现了高压大电流直接引入到差分放大电路中的功能，通过配比R1-R21本身的阻值，可以实现变频调速器直流母线电压与差分输入放大电路的输入端电压值的成比例缩小。第一电容C1去掉经过分压后的毫伏电压的高频成分，两个二极管D1和D2形成反向结构，构成了钳位功能，保证分压后的电压信号幅值维持在差分输入放大电路所允许的电压范围内，防止损害差分输入放大电路。

同样如图3所示，所述差分输入放大电路包括第一运算放大器U1A、第二电阻R22、第二电容C2和第三电阻R23；所述第一运算放大器U1A的同相输入端和反相输入端即对应为所述差分输入放大电路的同相输入端和反相输入端。

所述第一运算放大器U1A的同相输入端连接所述分压限流钳位电路的第一输出端，所述第一运算放大器U1A的反相输入端连接所述分压限流钳位电路的第二输出端，所述第一运算放大器的输出端连接第三电阻R23的一端，第三电阻R23的另一端为所述差分输入放大电路的输出端；所述第二电阻R22和所述第二电容C2相并联，且均串联在所述第一运算放大器U1A的反相输入端与输出端之间。第一运算放大器U1A的供电端还与电源电路相连，电源电路提供15V电压。

第一运算放大器U1A为差分输入放大电路的核心器件，与第二电阻R22配合实现了将分压限流钳位电路输出的差分毫伏级母线电压信号放大恢复为伏级小信号，同时由于运算放大器本身具备隔离功能，通过运算放大器将差分输入放大电路的输入输出信号隔离开来。通过匹配电阻R22阻值，可以调节差分输入放大电路的放大倍数。

同样如图3所示，所述比例放大电路包括第二运算放大器U1B、第四电阻R24和第五电阻R25；所述第二运算放大器U1B的同相输入端和反相输入端即对应为所述比例放大电路的同相输入端和反相输入端。

所述第二运算放大器U1B，其同相输入端连接所述差分输入电路的输出端，其反相输入端与输出端之间串联第四电阻R24，其输出端一端连接第五电阻R25，第五电阻R25另一端为所述比较放大电路的输出端,与变频调速器控制主板相连。第二运算放大器U1B的供电端还与电源电路相连，电源电路提供15V电压。

比例放大电路中匹配第四电阻R24阻值可调比例放大电路的放大倍数，通过运算放大器将比例放大电路的输入输出信号隔离开来。比例放大电路的输出值送至变频调速器控制主板，根据分压限流钳位电路、差分输入放大电路、比例放大电路中的信号放大倍数关系，可通过程序设计将其恢复为直流母线电压实际值。

所述校准电路包括串联的第六电阻R26和电位器R27，所述第六电阻R26一端连接第二运算放大器U1B的输出端，另一端连接电位器R27，所述电位器R27的另一端接地。校准电路通过调节电位器R27的阻值，来改变比例放大电路中的运算放大器U1B的输出端反馈到反相输入端的电压值。母线电压检测模块的检测值与实际母线电压有偏差时，调节校准电路可以消除偏差，从而提高了检测的进度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种变频调速器的直流母线电压检测装置，其特征在于，包括分压限流钳位电路、差分输入放大电路和比例放大电路；

2.根据权利要求1所述的直流母线电压检测装置，其特征在于，还包括电源电路，其连接所述差分输入放大电路和比例放大电路的供电端，用于向差分输入放大电路和比例放大电路供电。

3.根据权利要求1所述的直流母线电压检测装置，其特征在于，还包括校准电路，其用于校准所述比例放大电路恢复的直流母线电压实际值与设定的变频调速器直流母线电压值是否有偏差，并消除存在的偏差。

4.根据权利要求3所述的直接母线电压检测装置，其特征在于，所述校准电路包括串联的第六电阻和电位器，所述第六电阻一端连接所述比例放大电路的反相输入端，另一端连接电位器，所述电位器的另一端接地。

5.根据权利要求1至4中任一所述的直流母线电压检测装置，其特征在于，所述分压限流钳位电路包括第一串联电阻电路、第二串联电阻电路、第一二极管、第二二极管和第一电阻；

6.根据权利要求5所述的直流母线电压检测装置，其特征在于，所述分压限流钳位电路还包括用于去耦的第一电容，其与第一电阻相并联。

7.根据权利要求1至4中任一所述的直流母线电压检测装置，其特征在于，所述差分输入放大电路包括第一运算放大器、第二电阻、第二电容和第三电阻；

8.根据权利要求1至4中任一所述的直流母线电压检测装置，其特征在于，所述比例放大电路包括第二运算放大器、第四电阻和第五电阻；

9.一种变频调速器的直流母线电压检测方法，其特征在于，包括分压限流钳位步骤、差分输入放大步骤和比例放大步骤；

10.根据权利要求9所述的直接母线电压检测方法，其特征在于，还包括校准步骤，校准比例放大步骤恢复的直流母线电压实际值与设定的变频调速器直流母线电压值是否有偏差，并消除存在的偏差。