CN104660148A - 一种变频器交流调速装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种变频器交流调速装置，其包括整流电路、滤波电路、逆变电路和控制模块，所述逆变电路包括PWM脉冲驱动模块和由6个IGBT管组成的三相逆变桥，所述三相逆变桥的三个下桥臂分别串联有一检流电阻，所述PWM脉冲驱动模块用于输出控制脉冲信号分别控制6个IGBT管的开和关，所述控制模块用于对所述检流电阻的电压进行采样，从而重构出电机输出的三相线电流，其中，所述采样时机为控制所述三个下桥臂的IGBT管的三个脉冲信号中的最宽脉冲的下溢中断。本发明的变频器交流调速装置可靠性高且成本低。
Description
技术领域
本发明属于变频器领域，特别一种涉及通过下桥臂检测输出电流的变频器交流调速装置。
背景技术
变频器是将固定频率的交流电变换成频率连续可调的交流电的装置，变频调速已被公认为时最理想、最有发展前途的调速方式之一，在节能、自动化系统以及提高工艺水平和产品质量等方面有广泛的应用。
当前国产变频器市场是上百厂家在低压变频器市场中激烈竞争，国产变频器的发展遇到前所未有的困境， 与国外品牌竞争遇到了品牌和性能的瓶颈，与国内变频器竞争遇到价格和可靠性的考验 。
如图1所示，一种现有技术的变频器的输出电流检测通过霍尔采样实现，检测输出线电流的检测点放在输出电机线上，整个方案需要主回路的强电和控制回路的弱电要加强绝缘，导致成本增加。
发明内容
本发明的目的在于提出一种可靠性高且成本低的变频器交流调速装置。
本发明提供一种变频器交流调速装置，其包括整流电路、滤波电路、逆变电路和控制模块，所述逆变电路包括PWM脉冲驱动模块和由6个IGBT管组成的三相逆变桥，所述三相逆变桥的三个下桥臂分别串联有一检流电阻，所述PWM脉冲驱动模块用于输出控制脉冲信号分别控制6个IGBT管的开和关，所述控制模块用于对所述三个检流电阻的电压进行采样，从而重构出电机输出的三相线电流，其中，所述采样时机为控制所述三个下桥臂的IGBT管的三个脉冲信号中的最宽脉冲的下溢中断。
其中，所述变频器交流调速装置进一步包括一设置于整流电路和滤波电路之间上电缓冲电路。
其中，所述控制模块的地接变频器的负母线。
其中，所述变频器交流调速装置进一步包括运放电路连接和A/D转换器，所述检流电阻通过一运放电路连接至A/D转换器，检流电阻压降的电压信号经运放抬升电压后直接连到控制模块的AD输入口。
其中，所述整流电路为6个二极管组成的整流桥。
本发明还提供一种变频器交流调速装置，其包括整流电路、滤波电路、逆变电路和控制模块，所述逆变电路包括PWM脉冲驱动模块和由6个IGBT管组成的三相逆变桥，所述三相逆变桥的三个下桥臂共同通过一个检流电阻接地，所述PWM脉冲驱动模块用于输出控制脉冲信号分别控制6个IGBT管的开和关，所述控制模块用于每个PWM周期内，在下桥臂只有一个IGBT管导通时对检流电阻的电压进行采样，从而重构出电机输出的三相线电流。
其中，所述变频器交流调速装置进一步包括一设置于整流电路和滤波电路之间上电缓冲电路。
其中，所述控制模块的地接变频器的负母线。
其中，所述变频器交流调速装置进一步包括运放电路连接和A/D转换器，所述检流电阻通过一运放电路连接至A/D转换器，检流电阻压降的电压信号经运放抬升电压后直接连到控制模块的AD输入口。
其中，所述整流电路为6个二极管组成的整流桥。
与现有技术相比较，上述变频器交流调速装置通过在三相逆变桥的三个下桥臂设置接地的检流电阻，检测输出电流在检流电阻的压降，来重构变频器的输出电流；控制模块的地是变频器的负母线，无需强弱电隔离，节省了成本。
附图说明
图1是现有技术的变频器交流调速装置的示意图。
图2是本发明实施例1的变频器交流调速装置的示意图。
图3是图2中PWM脉冲驱动模块的一种脉冲时序示意图。
图4是图3中脉冲时序下，变频器交流调速装置的等效电路示意图。
图5是本发明实施例2的变频器交流调速装置的示意图。
图6是图2中PWM脉冲驱动模块的一种脉冲时序示意图。
图7、图8、图9是在图6中脉冲时序下，三个时间段的三相整流桥开关状态的等效示意图。
具体实施方式
实施例1
如图2所示，变频器交流调速装置包括整流电路、上电缓冲电路、滤波电路、逆变电路、电压采样电路、短路保护电路和控制模块（MCU）。其中，整流电路为6个二极管组成的整流桥，滤波电路由电容、电阻组成。逆变电路包括驱动模块和由6个IGBT管组成的三相逆变桥。其中，在三相逆变桥的三个下桥臂分别设置检流电阻R1、R2、R3，通过检测R1、、R2、R3的电阻的电压来检测输出的三相电流Iu、Iv、Iw的大小。所述PWM脉冲驱动模块用于输出控制脉冲信号分别控制6个IGBT管的开和关，所述控制模块用于对所述三个检流电阻的电压进行采样，从而重构出电机输出的三相线电流。上电缓冲电路设置于整流电路和滤波电路之间，用于防止上电瞬间对后续电路的冲击。
检流电阻R1、R2、R3与控制模块的地都连接至变频器的负母线，检流电阻压降的电压信号经运放电路（图未示）抬升电压后，经A/D转换器转换后连接到控制模块。控制模块通过检测下桥臂的检流电阻的电压重构变频器的三相输出电流。检流电阻的阻值很小，为毫欧级的，从而可避免其本身对变频器交流调速装置的输出电流造成影响。
采样时机为控制三个下桥臂的IGBT管的三个脉冲信号中的最宽脉冲的下溢中断，流过电阻上的电流即为电机UVW三相的线电流。如图3所示，在采样的时候，采用PWM脉冲下溢中断(处于U0结束与下一个U0开始的零矢量区域中)时进行采样，将电流采样的任务安排在一个PWM周期的开始处与比较匹配到来之前的期间，U、V两相的上桥臂都是关断的，也就是说下桥臂是导通的，这样就可以在每个PWM周期顺利采样一次两个相电流值。
因为电机绕组线圈呈感性，线圈上的相电流不能突变，因此从矢量U0 转换到零矢量后，其对应的工作状态转换如下图4所示。其中，所述逆变电路等效为6个IGBT管（T1、T2、T3、T4、T5、T6）及对应连接的的6个续流二极管（D1、D2、D3、D4、D5、D6）组成的逆变桥。续流二极管能起到续流作用，此时，下桥臂采样电阻上流过的是相电流，因此在每个PWM周期前期通过下桥臂的采样电阻检测相电流是可行的。
采样电阻上端采集到的电压是一个带正负的正弦波形，所以其后端一定要接一个运放电路，一方面是滤波，更重要的则是把采集到的信号缩放到AD转换器能采集的电压范围。每次需要采集两个电流，采集哪两个电流由SVPWM当前扇区决定。每次只有在下桥臂打开的时候才能进行采样。每次开关管打开的时候该相电流会有一个跳变，需要一段时间来稳定，在这个时间里面不能采集电流。
与现有技术相比较，上述变频器交流调速装置通过在三相逆变桥的三个下桥臂分别设置一个接地的检流电阻，检测输出电流在检流电阻的压降，来重构变频器的输出电流；控制模块的地是变频器的负母线，无需强弱电隔离，节省了成本。
实施例2
如图5所示，本发明进一步优化下桥臂检测输出电流方案，提出一种单电阻检测输出电流装置，其包括整流电路、上电缓冲电路、滤波电路、逆变电路、短路保护电路及控制模块，所述逆变电路包括PWM脉冲驱动模块和由6个IGBT管组成的三相逆变桥，所述三相逆变桥的三个下桥臂共同通过一个检流电阻R接地，所述PWM脉冲驱动模块用于输出控制脉冲信号分别控制6个IGBT管的开和关，所述控制模块用于每个PWM周期内，在下桥臂只有一个IGBT管导通时对检流电阻的电压进行采样，从而重构出电机输出的三相线电流。上电缓冲电路设置于整流电路和滤波电路之间，用于防止上电瞬间对后续电路的冲击。
检流电阻R与控制模块的地都连接至变频器的负母线，检流电阻压降的电压信号经运放电路（图未示）抬升电压后，经A/D转换器转换后连接到控制模块。控制模块通过检测检流电阻的电压重构变频器的三相输出电流。检流电阻的阻值很小，为毫欧级的，从而可避免其本身对变频器交流调速装置的输出电流造成影响。
请一并参阅图6、图7、图8、图9，在测量流经检流电阻R的电流时，下桥臂IGBT管的开关状态至关重要，对于三相逆变器，所有不同的PWM脉冲组合（T0、T1、T2 和T3）:
在T0和T3时段内，在逆变器中我们有如图7所示的开关组合，从中我们看到，没有电流流经检流电阻R。
T1时段内，PWM2L 有效，同时PWM1H和PWM3H也有效（假设PWM输出是互补的），在逆变器中有如图8所示的开关组合，由于有电流通过相A和C流入电机，通过相B流出电机，此电流测量值表示的是–IB。
在T2 期间， PWM2L 和PWM3L 有效，且PWM1H有效。在逆变器中有如图8所示的开关组合，流经检流电阻R的电流IA，
在PWM 周期的后半周，模式将重复。考虑一个完整的PWM周期，电流代表实际相电流的时间窗有两个。在一个PWM 周期中对–IB 和IA 进行测量。由于这是平衡系统，IC 可使用公式IC=-IB-IA计算得到。这就允许使用检流电阻R在一个PWM 周期中完成三个电流的测量。
与现有技术相比较，上述变频器交流调速装置通过在三相逆变桥的下桥臂设置一个接地的检流电阻，通过检测输出电流在检流电阻的压降，来重构变频器的输出电流；控制模块的地是变频器的负母线，无需强弱电隔离，节省了成本。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种变频器交流调速装置，其特征在于，包括整流电路、滤波电路、逆变电路和控制模块，所述逆变电路包括PWM脉冲驱动模块和由6个IGBT管组成的三相逆变桥，所述三相逆变桥的三个下桥臂分别串联有一检流电阻，所述PWM脉冲驱动模块用于输出控制脉冲信号分别控制6个IGBT管的开和关，所述控制模块用于对所述检流电阻的电压进行采样，从而重构出电机输出的三相线电流，其中，所述采样时机为控制所述三个下桥臂的IGBT管的三个脉冲信号中的最宽脉冲的下溢中断。
2.根据权利要求1所述的变频器交流调速装置，其特征在于，进一步包括一设置于整流电路和滤波电路之间上电缓冲电路。
3.根据权利要求1所述的变频器交流调速装置，其特征在于，所述控制模块的地接变频器的负母线。
4.根据权利要求1所述的变频器交流调速装置，其特征在于，进一步包括运放电路连接和A/D转换器，所述检流电阻通过运放电路连接至A/D转换器，检流电阻压降的电压信号经运放电路抬升电压后直接连到控制模块的AD输入口。
5.根据权利要求1所述的变频器交流调速装置，其特征在于，所述整流电路为6个二极管组成的整流桥。
6.一种变频器交流调速装置，其特征在于，包括整流电路、滤波电路、逆变电路和控制模块，所述逆变电路包括PWM脉冲驱动模块和由6个IGBT管组成的三相逆变桥，所述三相逆变桥的三个下桥臂共同通过一个检流电阻接地，所述PWM脉冲驱动模块用于输出控制脉冲信号分别控制6个IGBT管的开和关，所述控制模块用于每个PWM周期内，在下桥臂只有一个IGBT管导通时对检流电阻的电压进行采样，从而重构出电机输出的三相线电流。
7.根据权利要求6所述的变频器交流调速装置，其特征在于，进一步包括一设置于整流电路和滤波电路之间上电缓冲电路。
8.根据权利要求6所述的变频器交流调速装置，其特征在于，所述控制模块的地接变频器的负母线。
9.根据权利要求1所述的变频器交流调速装置，其特征在于，进一步包括运放电路连接和A/D转换器，所述检流电阻通过运放电路连接至A/D转换器，检流电阻压降的电压信号经运放电路抬升电压后直接连到控制模块的AD输入口。
10.根据权利要求6所述的变频器交流调速装置，其特征在于，所述整流电路为6个二极管组成的整流桥。
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