CN204405720U - 变频器的采样电路和变频器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电电气控制领域，具体而言，涉及变频器的采样电路和变频器。该变频器的采样电路，通过固定阻值采样电阻所采集到的电压值精度不够相比，其通过在参考地和信号采集点之间连接有至少两个取样电阻，并且在至少一个取样电阻两端并联了取样开关，使得通过取样开关的通断调整了接入电路的取样电阻的数量，也就调整了接入电路的取样电阻的阻值，从而使得采样电阻所分得的电压值基本处在一个较为稳定的范围内，控制了测量的电压值是电子监测仪的检测精度较高的一段，提高了信号采集点所检测到电压值的精度，从而解决了现有技术中的不足。

Description

变频器的采样电路和变频器

技术领域

本实用新型涉及电电气控制领域，具体而言，涉及变频器的采样电路和变频器。

背景技术

变频器(Variable-frequency Drive，VFD)是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。变频器主要由整流(交流变直流)、滤波、逆变(直流变交流)、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。作为一种基本的电器设备，已经得到了较为广泛的应用。

变频器(包括逆变器)分为电压源型和电流源型两类，其中电压源型按照每相能够输出的电平数量，分为2电平、3电平、5电平以及更多电平等，其中超过2电平的变频器统称为多电平变频器，输出电压超过1kV的称为高压变频器。

在单个电力电子器件耐电压水平受限的情况下，更多的电平意味着更高的电压输出能力，以及输出电压具有更好的波形，更低的谐波，这也是电平数量增加的主要意义。

电压源型多电平变频器分为共直流母线结构和变压器隔离结构两类，前者的每个输出相共用直流母线，结构较为简洁，但需要较为先进的电路拓扑才能够产生较多电平的输出；后者由变压器的相互隔离的绕组提供相互隔离的电源，然后通过不同绕组对应的逆变电路间的电压叠加实现多电平输出，这种变频器由于使用的电力电子器件的耐压水平要求较低，因此整机成本较低，目前市场上绝大多数高压变频器采用此结构，此类型的变频器如图1中所示，主要包括整流变压器、功率单元两部分。

对于这类高压变频器，由于功率单元数量较多(10kV变频器功率单元数目多达24个以上)，每个功率单元拥有独立的直流母线，因此一般不采用实测直流电电压乘以调制深度指令值的方法计算输出电压，而是用电压传感器实际测量输出电压。

对于很多应用，既要求电机在高速下可靠运行，也要求电机在低转速下平稳运行。由于电机的电压近似正比于电机的转速(恒转矩区内)，因此需要变频器既能够测量较高的输出电压，也能够准确地测量较低的输出电压。

此外，在电机参数离线辨识的堵转测试中，所加的激励信号的电压值远远低于电机的额定电压，而电机参数辨识的准确度又严重依赖于检测精度，因此需要变频器的输出电压检测环节在较高电压和较低电压下，均具有较高的精度。

目前的高压变频器一般采用分压电阻(如图2所示)或者电压霍尔(如图3所示)的方式对输出电压进行采样。

图中参考地、取样电阻、高压电阻和输出电压检测端子串联，经采样电阻分压后，在信号采集点进行输出电压信号的采集，当预先知道高压电阻和采样电阻的阻值之后，便能够计算出真实输出的电压幅值。

通常，电子检测仪器的量程是一个固定的范围，在这个固定的范围内，有某一段是精度最高的一段，如量程为1V-5V的电压表，当检测的电压值为0V-0.2V之间时，则很难看出变化，又如检测的电压值为4.7V-4.9V的时候，同样也很难看出变化，很有可能将0.2V误读为0V，将4.8V误读为远远大于5V。

由此，相关技术中，由于输出电压的数值是变化的，导致了信号采集点所检测到的电压值的精度不够。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供变频器的采样电路和变频器，以解决上述的问题。

在本实用新型的实施例中提供了变频器的采样电路，包括：顺序串联的参考地、取样电阻和信号采集点；

在所述参考地和所述信号采集点之间连接有至少两个取样电阻，以及在一个或多个所述取样电阻两端并联有取样开关。

优选的，所述取样电阻包括第一取样电阻和第二取样电阻，所述第一取样电阻和所述第二取样电阻串联连接在所述信号采集点和所述参考地之间；

所述取样开关用于控制所述信号采集点和所述参考地通过所述第一取样电阻电连接，或所述取样开关用于控制所述信号采集点和所述参考地通过所述第二取样电阻电连接，或所述取样开关用于控制所述信号采集点和所述参考地通过所述第一取样电阻和第二取样电阻电连接。

优选的，所述取样电阻和所述取样开关均为多个，多个所述取样电阻均串联在所述参考地和所述信号采集点之间；

每个所述取样开关并联在不同的一个或多个所述取样电阻两端。

优选的，所述信号采集点和所述参考地之间通过取样电路电连接，所述取样电路包括并联连接的两个取样电阻；

所述取样开关用于控制所述信号采集点和所述参考地通过一个所述取样电阻电连接，或所述取样开关用于控制所述信号采集点和所述参考地通过并联的至少两个所述取样电阻电连接。

优选的，所述取样开关为模拟开关。

优选的，还包括：高压电阻、输出电压检测端子和霍尔电压传感器，所述参考地、所述信号采集点、所述霍尔电压传感器、所述高压电阻和所述输出电压检测端子顺序串联。

本实用新型实施例还提供了变频器，使用变频器的采样电路，还包括：放大模块和采样转换芯片；

所述采样转换芯片的输入端与所述信号采集点电连接，输出端与所述放大模块电连接。

本实用新型实施例提供的变频器的采样电路，与现有技术中的变频器采样电路，只有一个固定阻值的采样电阻，导致输出电压幅值变化较大时，通过固定阻值采样电阻所采集到的电压值精度不够相比，其通过在所述参考地和所述信号采集点之间连接有至少两个取样电阻，并且在至少一个取样电阻两端并联了取样开关，使得通过取样开关的通断调整了接入电路的取样电阻的数量，也就调整了接入电路的取样电阻的阻值，从而在输出电压过低时，可以增加接入电路的电阻数量(电阻值)，在输出电压过高时，可以减少接入电路的电阻数量，从而使得采样电阻所分得的电压值基本处在一个较为稳定的范围内，也就使得测量到的电压值在一个较为合理的区间，也就控制了测量的电压值是电子监测仪的检测精度较高的一段，也就提高了信号采集点所检测到电压值的精度，从而解决了现有技术中的不足。

附图说明

图1示出了相关技术中变频器的整体内部结构关系图；

图2示出了相关技术中变频器一种电压检测电路基本结构图；

图3示出了相关技术中变频器另一种电压检测电路基本结构图；

图4示出了本实用新型实施例的变频器的采样电路的基本结构图；

图5示出了本实用新型实施例的变频器的采样电路的取样电阻串联结构图；

图6示出了本实用新型实施例的变频器的采样电路的取样开关控制多个取样电阻的一种电路连接图；

图7示出了本实用新型实施例的变频器的采样电路的取样开关控制多个取样电阻的另一种电路连接图；

图8示出了本实用新型实施例的变频器的采样电路的电压霍尔型采样电路的电路图。

具体实施方式

下面通过具体的实施例子并结合附图对本实用新型做进一步的详细描述。本实用新型实施例1提供了变频器的采样电路，如图4所示，包括：顺序串联的参考地、取样电阻和信号采集点；

在所述参考地和所述信号采集点之间连接有至少两个取样电阻，以及在一个或多个所述取样电阻两端并联有取样开关。

至少一个取样电阻的两端并联有取样开关，通过取样开关的开启和闭合，能够使与该取样开关相对应的取样电阻接入信号采集点和参考地之间。也就是通过取样开关通断来将与其对应的取样电阻的两端短接，减少，或增加接入信号采集点和参考地之间的取样电阻的阻值。通过取样开关的闭合和开启能够调整接在信号采集点和参考地之间的阻值，也就使得信号采集点所采集到的电压值是可调的，当输出电压检测端子处的电压值过高(也就是输出电压过高)时，需要降低信号采集点所采集到的电阻值，此时可以只在信号采集点和参考地之间接入少量的取样电阻，以降低信号采集点和参考地之间的电阻值，受分压作用的影响，取样电阻所分得的电压下降，信号采集点所采集到的电压也就相对较小，此时能够使得检测到的处于电压检测仪器的精度较为精确的一部分，从而提高了当输出电压过高时的电压检测精度。当然，当输出电压过低时，通过增加接入信号采集点和参考地之间电阻的数量，也就提高了接入电路的取样电阻的阻值，也就使得取样电阻所分得的电压提高，信号采集点所采集到的电压也就提高，使得提高后的电压值处于电压检测仪器的精度较为精确的一部分，从而提高了当输出电压过低时的电压检测精度。

使用时，一般先接通取样开关，用低增益方式测量系统电压，如发现电压低于高增益测量量程，则断开取样开关，采用高增益方式进行测量。

需要说明的是，信号采集点和参考地之间连接的取样电阻数量的改变和相应的取样开关，是为了调整信号采集点和参考地之间连接电阻的阻值，也就是不论多个取样开关的连接方式是串联、并联还是混联，其作用均是调整了连接在信号采集点和参考地之间的取样电阻阻值，连接方式的简单变化仍属于本实用新型的保护范围之内。为了使连接在信号采集点和参考地之间的取样电阻阻值发生改变，使用变阻器(滑动变阻器、电子变阻器)也是本实用新型的等同方案，如使用滑动变阻器，其介入电路的电阻使用调整移动滑片的位置来调整了接入电路电阻的大小，实质上，也就是将滑动变阻器的电阻丝分为了两部分，等同于本实用新型的两个取样电阻，通过调整移动滑片的位置(取样开关的开启和闭合状态)，调整了接入电阻的取样电阻的阻值。因此，使用变阻器等类似器件实现的改变接入电路电阻的形式，也属于本方案的保护范围。

进一步，为了提高本实用新型所提供的变频器的采样电路的适用范围，还设计了两种连接在信号采集点和参考地之间的电阻连接方式，分别是串联接入方式和并联接入方式。

如图5所示，所述取样电阻包括第一取样电阻和第二取样电阻，所述第一取样电阻和所述第二取样电阻串联连接在所述信号采集点和所述参考地之间；

所述取样开关用于控制所述信号采集点和所述参考地通过所述第一取样电阻电连接，或所述取样开关用于控制所述信号采集点和所述参考地通过所述第二取样电阻电连接，或所述取样开关用于控制所述信号采集点和所述参考地通过所述第一取样电阻和第二取样电阻电连接。

为了减少接入参考地和信号采集点之间电阻的数量，可以只在二者之间设置两个电阻，分别是第一取样电阻和第二取样电阻。取样开关可以并联在第一取样电阻两端，也可以并联在第二取样电阻两端，或者两个取样开关分别并联在第一取样电阻和第二取样电阻两端。通过调整取样开关的通断，来选择指定的电阻接入信号采集点和参考地之间。当然，为了提高使用效率，第一取样电阻和第二取样电阻可以设置成不同的阻值，这样通过取样开关调整接入信号采集点和参考地之间的取样电阻阻值的可选阻值也就更多。如第一取样电阻的阻值为5欧姆，第二取样电阻的阻值为8欧姆，那么接入电路的阻值就可以是0、5、8、13四种，当然，在采样时，0是不会使用到的数值。具体的，第一取样电阻和第二取样电阻的阻值比可以是1:7。

取样电阻串联的方式还可以是，所述取样电阻和所述取样开关均为多个，多个所述取样电阻均串联在所述参考地和所述信号采集点之间；

每个所述取样开关并联在不同的一个或多个所述第一取样电阻两端。

也就是一个取样开关可以控制一个或多个取样电阻的通断，如图6和图7所示，此种控制方式可以更为灵活的控制接入参考地和信号采集点之间取样电阻的数量。如调整一个开关的通断，就可以调整多个取样电阻接入电路的情况。

取样电阻除了串联的连接方式，还有并联的连接方式。也就是，所述信号采集点和所述参考地之间通过取样电路电连接，所述取样电路包括并联连接的两个取样电阻；

所述取样开关用于控制所述信号采集点和所述参考地通过一个所述取样电阻电连接，或所述取样开关用于控制所述信号采集点和所述参考地通过并联的至少两个所述取样电阻电连接。

电阻并联，会降低电阻的阻值，也就是可以将每个取样电阻的阻值设置的较高，再通过电阻并联的形式来调整实际接入信号采集点和参考地之间的电阻的阻值。

进一步，本实用新型所提供的变频器的采样电路中，所述取样开关为模拟开关，例如ADG1411。

本实用新型所提供的变频器的采样电路同样适用于电压霍尔型输出电压监测电路，如图8所示，也就本实用新型所提供的变频器的采样电路是还包括：高压电阻、输出电压检测端子和霍尔电压传感器(图8中的电压霍尔)，所述参考地、所述信号采集点、所述霍尔电压传感器、所述高压电阻和所述输出电压检测端子顺序串联。

本实用新型实施例提供的变频器的采样电路，通过在所述参考地和所述信号采集点之间连接的至少两个取样电阻，并且在至少一个取样电阻两端并联了取样开关，使得通过取样开关的通断调整了接入电路的取样电阻的数量，也就调整了接入电路的取样电阻的阻值，从而在输出电压过低时，可以增加接入电路的电阻数量(电阻值)，在输出电压过高时，可以减少接入电路的电阻数量，从而使得采样电阻所分得的电压值基本处在一个较为稳定的范围内，也就使得测量到的电压值在一个较为合理的区间，也就控制了测量的电压值是电子监测仪的检测精度较高的一段，也就提高了信号采集点所检测到电压值的精度，并且通过在一个或多个取样电阻两端并联了取样开关，使得调整接入信号采集点和参考地之间的电阻阻值更为便利，从而更好的解决了现有技术中的不足。

本实用新型实施例2提供了变频器，使用实施例1所提供的变频器的采样电路，还包括：放大模块和采样转换芯片；

所述采样转换芯片的输入端与所述信号采集点电连接，输出端与所述放大模块电连接。

本实用新型所提供的变频器与相关技术中的变频器相比，是在信号被放大和转换之前，先进行了电压信号的采集。由于信号在电路中处理时(放大)，必然会引入一定量的噪声，此时在进行降噪，或者滤波处理，也只是在有噪音的基础上进行的，而本实用新型所提供的变频器先进行了采样，后进行了其他处理，一定程度上避免了噪声的影响。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.变频器的采样电路，其特征在于，包括：顺序串联的参考地、取样电阻和信号采集点；

在所述参考地和所述信号采集点之间连接有至少两个取样电阻，以及在一个或多个所述取样电阻两端并联有取样开关。

2.根据权利要求1所述的变频器的采样电路，其特征在于，所述取样电阻包括第一取样电阻和第二取样电阻，所述第一取样电阻和所述第二取样电阻串联连接在所述信号采集点和所述参考地之间；

所述取样开关用于控制所述信号采集点和所述参考地通过所述第一取样电阻电连接，或所述取样开关用于控制所述信号采集点和所述参考地通过所述第二取样电阻电连接，或所述取样开关用于控制所述信号采集点和所述参考地通过所述第一取样电阻和第二取样电阻电连接。

3.根据权利要求1所述的变频器的采样电路，其特征在于，所述取样电阻和所述取样开关均为多个，多个所述取样电阻均串联在所述参考地和所述信号采集点之间；

每个所述取样开关并联在不同的一个或多个所述取样电阻两端。

4.根据权利要求1所述的变频器的采样电路，其特征在于，

所述信号采集点和所述参考地之间通过取样电路电连接，所述取样电路包括并联连接的两个取样电阻；

所述取样开关用于控制所述信号采集点和所述参考地通过一个所述取样电阻电连接，或所述取样开关用于控制所述信号采集点和所述参考地通过并联的至少两个所述取样电阻电连接。

5.根据权利要求1-4任一项所述的变频器的采样电路，其特征在于，所述取样开关为模拟开关。

6.根据权利要求5所述的变频器的采样电路，其特征在于，还包括：串联在所述信号采集点和高压电阻之间的霍尔电压传感器。

7.变频器，使用如权利要求1-6任一项所述的变频器的采样电路，其特征在于，还包括：放大模块和采样转换芯片；

所述采样转换芯片的输入端与所述信号采集点电连接，输出端与所述放大模块电连接。