CN207069566U - 一种数字化变频器保护电路 - Google Patents
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Abstract
一种数字化变频器保护电路,包括用于检测U相、V相、直流母线电流的电流传感器;所述电流传感器通过电流信号调理电路连接DSP模块;所述电流传感器获得电流信号,经由信号调理电路处理然后送入DSP模块的A/D采样口。所述电压传感器通过电压信号调理电路连接DSP模块。所述电压信号调理电路包括采样电阻R206‑1、R206‑2,采样电阻R206‑1、R206‑2两端所获得的电压信号为5V,经RC滤波和电压跟随后,分为两路:一路用于硬件过压保护,即与一个固定电平5V比较后输出过压信号TZ_U直接送入DSP模块的TZ口;另一路则经过分压后获得0‑3V的信号送入DSP模块的A/D采样口。本实用新型以避免主电路高电压反馈到控制回路中烧毁控制回路;同时具备过压、欠压、过载、过流以及过热保护功能。
Description
技术领域
本实用新型一种数字化变频器保护电路,涉及数字化变频器技术领域。
背景技术
数字化变频器的发展是世界经济高速发展的产物。其发展的趋势大致如下:
1、低电磁噪音、静音化:通用变频器在输入侧加交流电抗器或有源功率因数校正电路APFC,而在逆变电路中采取Soft-PWM控制技术等,以改善输入电流波形、降低电网谐波,在抗干扰和抑制高次谐波方面符合EMC国际标准,实现所谓的清洁电能的变换。如三菱公司的柔性PWM控制技术,实现了更低噪音运行。
2、专用化:数字化变频器为更好地发挥变频调速控制技术的独特功能,并尽可能满足现场控制的需要,派生了许多专用机型如风机水泵空调专用型、起重机专用型、恒压供水专用型、交流电梯专用型、纺织机械专用型、机械主轴传动专用型、电源再生专用型、中频驱动专用型、机车牵引专用型、单相变频器等。
3、系统化:数字化变频器除了发展单机的数字化、智能化、多功能化外,还向集成化、系统化方向发展。如西门子公司提出的集通讯、设计和数据管理三者于一体的“全集成自动化“(TIA)平台概念,可以使变频器、伺服装置、控制器及通讯装置等集成配置,甚至自动化和驱动系统、通讯和数据管理系统都可以像驱动装置通常嵌入“全集成自动化”系统那样进行,目的是为用户提供最佳的系统功能。
4、网络化:数字化变频器可提供多种兼容的通信接口,支持多种不同的通信协议,内装RS485接口,可由个人计算机向通用变频器输入运行命令和设定功能码数据等,通过选件可与现场总线:Profibus-DP、Interbus-S、Device Net、Modbus Plus、CC-Link、LONWORKS、Ethernet、CAN Open、T-LINK等通讯。如西门子、VACON、富士、日立、三菱、台安等品牌的通用变频器,均可通过各自可提供的选件支持上述几种或全部类型的现场总线。
5、操作傻瓜化:数字化变频器机内固化的“调试指南”会引导你一步一步地填入调试表格,无需记住任何参数,充分体现了易操作性。如西门子公司的新一代MICROMASTER420/440因采用了一种称为“易于使用”的成功概念,使得在连接技术、安装和调试方面的操作变得非常简单。
6、参数趋势图形:数字化变频器的参数趋势图可适时地显示各信号的现时运行状态,用户在调试过程中,可随时监控和记录运行参数。如西门子公司的新一代MICROMASTER420/440的高级操作板AOP,变频器的参数可上装或下装,通过现场总线的USS连接调试和控制多达31台变频器驱动装置。AOP可以存储10组数据。存储在AOP 中的各组数据可以直接装入其它的MICROMASTER420/440,或者通过USS装入。
7、内置式应用软件:数字化变频器可以内置多种应用软件,有的品牌可提供多达130 余种的应用软件,以满足现场过程控制的需要,如:PID控制软件、张力控制软件、速度级链、速度跟随、电流平衡、变频器功能设置软件、通讯软件等。变频器功能设置软件可以在WINDOWS95/98环境下设置变频器的功能及数据通讯。
8、参数自调整:用户只要设定数据组编码,而不必逐项设置,通用变频器会将运行参数自动调整到最佳状态(矢量型变频器可对电机参数进行自整定)。
而数字化变频器保护电路的设计,是数字化变频器的重要组成部分之一。
发明内容
本实用新型提供一种数字化变频器保护电路,以避免主电路高电压反馈到控制回路中烧毁控制回路;同时具备过压、欠压、过载、过流以及过热保护功能。
本实用新型采取的技术方案为:
一种数字化变频器保护电路,包括:
用于检测U相电流的第一电流传感器;
用于检测V相电流的第一电流传感器;
用于检测直流母线电流的第三电流传感器;
用于检测直流母线电压值的电压传感器;
所述第一、二、三电流传感器通过电流信号调理电路连接DSP模块;第一、二、三电流传感器获得电流信号,经由信号调理电路处理然后送入DSP模块的A/D采样口,用于实现电流保护;
所述电压传感器通过电压信号调理电路连接DSP模块;
所述电压信号调理电路包括采样电阻R206-1、R206-2,采样电阻R206-1、R206-2两端所获得的电压信号为5V,经RC滤波和电压跟随后,分为两路:一路用于硬件过压保护,即与一个固定电平5V比较后输出过压信号TZ_U直接送入DSP模块的TZ口;另一路则经过分压后获得0-3V的信号送入DSP模块的A/D采样口。
该电路还包括模拟比较电路,判断电流值是否超过了设定值,从而直接给出过流信号,该信号与逆变电路模块的综合故障报警信号ALM端子作“线或”。
所述第一、二、三电流传感器为LA-50P电流传感器,其额定电流为50A,工作电压为±15V,测量范围为-80A-80A,匝数比为1:1000,检测信号输出为-80mA~80mA。
所述DSP模块为TMS320F2808处理器。
所述DSP模块增加了“允许制动位”,当该DSP模块对应端口信号输入为“1”时,系统才能有效制动。
本实用新型一种数字化变频器保护电路,以避免主电路高电压反馈到控制回路中烧毁控制回路;同时具备过压、欠压、过载、过流以及过热保护功能。
附图说明
图1为本实用新型数字化变频器主电路图。
图2为本实用新型数字化变频器的U相电流采样信号调理电路。
图3为本实用新型数字化变频器的V相电流采样信号调理电路。
图4为本实用新型数字化变频器的直流母线电流采样信号调理电路。
图5为本实用新型数字化变频器的过流保护电路。
图6为本实用新型数字化变频器的过压、欠压保护及制动控制电路图。
具体实施方式
如图1所示,一种数字化变频器主电路,包括三相整流桥模块、中间滤波模块、逆变电路模块,三相整流桥模块连接中间滤波模块,中间滤波模块连接逆变电路模块。通过三相整流桥模块完成对三相市电的整流,以获得脉动的直流电压。然后经过中间滤波模块的滤波,去除谐波成份,使母线电压值更为平稳。在该主电路中还加入了1μF/1200VDC 的无感吸收电容C3用于吸收高频尖峰电压、电流。逆变电路模块通过控制IGBT的通断,输出所需要的交变脉冲电压。
一:三相整流桥模块的设计:
变频器的输入是市电:三相380V交流电、频率50Hz。变频器容量则按照20KW的异步电机进行设计。根据文献“陈坚.电力电子学[M].北京:高等教育出版社,2004”提供的公式,可以计算出此时直流母线电压平均值为:
空载时:
负载且电流连续时:
将电源电压±5%的浮动考虑进去,则UPNmax=566V,UPNmin=489V;负载为电机时,其功率因素通常为0.78~0.9,由此可算得母线电流最大值:
那么,通过三相整流桥模块中每个二极管的平均电流最大值为Idmax/3=17.5A;考虑到电源电压的浮动,则每个二极管承受的最大电压约为980V。
考虑到选用元器件的性价比以及工程裕量,本实用新型选用了MDS50A/1600V三相整流桥模块,其主要参数是:耐压1600V,额定电流50A。
二:中间滤波模块的设计:
经三相整流桥模块整流输出的电压是脉动的,如果不对其做处理的话,是不能够直接用于逆变电路模块输入的,这里就需要加入电容进行滤波。理论上,滤波电容值取得大些,滤波效果就会好些。但是大容量电容的体积一般也比较大,这样就不方便在实验样机中安置;而且大容量电容的价格要比小容量的贵,从商家节省成本的角度考虑。滤波电容也不能取得太大。综合考虑上述问题,本实用新型选用了两个2200μF/400V的电容C1、C2 串联,既满足了对滤波电容的技术需求,同时电容的价格和体积也能接受。
三:逆变电路模块的设计:
逆变电路模块将驱动电路和IGBT封装在一起,自带有过流、过热等保护功能,内部采用高速低功耗的器件,有很强的自我保护功能。它还带一个的故障输出ALM端子,可在故障时通过微处理器封锁PWM输出,起到保护作用,同时它在功率管散热的处理上也很到位。智能功率模块的推出,简化了逆变器设计的过程,提高了一次设计的成功率,目前已被大量采用。在本实用新型的逆变电路模块的设计中,采用了富士公司的7单元IPM模块7MBP75RA120,它的内部集成了7个IGBT、驱动电路、保护模块以及制动电路。能够承受1200V的电压,可通过电流最大值为75A,足以满足设计需求。
四:电流检测电路的设计:
从图1中可以看出,需要电流反馈值来实现电流闭环,同时也需要用到电流模型来进行磁链观测。因此三相电流的准确检测就显得非常重要。通常采用三个电流传感器分别检测其中三相电流。
本实用新型检测U、V两相电流和直流母线电流,采用的电流传感器为LA-50P,其额定电流为50A,工作电压为±15V,测量范围为-80A-80A,匝数比为1:1000,检测信号输出为-80mA~80mA,霍尔磁补偿工作原理,可测量DC、AC、脉冲电流。图2、3为U、V 两相电流采样信号调理电路,输入的电流信号经过41Ω的采样电阻,转换为-3V~3V的电压信号,再经过跟随电路、偏置电路以及二极管钳位,最后得到的信号电压范围为0~3V,可直接输入DSP模块:TMS320F2808的A/D采样口。图4为直流母线电流采样信号调理电路,与图3类似分析。
本实用新型一种数字化变频器保护电路,包括过压、欠压、过载、过流以及过热保护。过流保护,可以通过图2-4中所示的三个电流传感器获得电流信号,经由信号调理电路处理然后送入DSP模块的A/D采样口来实现电流保护。为了保证可靠性,还增加了硬件保护功能,通过模拟比较电路可以判断电流值是否超过了设定值,从而直接给出过流信号,该信号可与逆变电路模块的综合故障报警信号ALM端子作“线或”,如图5所示,GL端送入到 DSP模块的TZ口。
经图2-4所示的电流采样、调理电路处理过的U、V相电流信号,送入DSP模块的 A/D口参与运算和逻辑判断,如果当中某一相电流的采样值超过了设定的范围则说明系统过载了。
通过电压传感器来获取直流母线电压值,以此来实现过压、欠压保护以及制动控制。采样信号调理电路如图6所示,高精度采样电阻R206-1、R206-2都取为820Ω,这时若直流母线电压为800V,采样电阻两端所获得的电压信号为5V,经RC滤波和电压跟随后,分为两路。一路用于硬件过压保护,即与一个固定电平5V比较后输出过压信号TZ_U直接送入DSP的TZ口;另一路则经过分压后获得0-3V的信号送入DSP模块的A/D采样口参与运算和逻辑判断。在DSP模块中对母线电压值进行逻辑判断后,可以分别得出过压、制动、欠压三种工况。另外,为避免电机加速过程中的误制动,所述DSP模块增加了“允许制动位”,当该DSP模块对应端口信号输入为“1”时,系统才能有效制动。
Claims (4)
1.一种数字化变频器保护电路,其特征在于包括:
用于检测U相电流的第一电流传感器;
用于检测V相电流的第一电流传感器;
用于检测直流母线电流的第三电流传感器;
用于检测直流母线电压值的电压传感器;
所述第一、二、三电流传感器通过电流信号调理电路连接DSP模块;第一、二、三电流传感器获得电流信号,经由信号调理电路处理然后送入DSP模块的A/D采样口,用于实现电流保护;
所述电压传感器通过电压信号调理电路连接DSP模块;
所述电压信号调理电路包括采样电阻R206-1、R206-2,采样电阻R206-1、R206-2两端所获得的电压信号为5V,经RC滤波和电压跟随后,分为两路:一路用于硬件过压保护,即与一个固定电平5V比较后输出过压信号TZ_U直接送入DSP模块的TZ口;另一路则经过分压后获得0-3V的信号送入DSP模块的A/D采样口。
2.根据权利要求1所述一种数字化变频器保护电路,其特征在于:该电路还包括模拟比较电路,判断电流值是否超过了设定值,从而直接给出过流信号,该信号与逆变电路模块的综合故障报警信号ALM端子作“线或”。
3.根据权利要求1所述一种数字化变频器保护电路,其特征在于:所述第一、二、三电流传感器为LA-50P电流传感器。
4.根据权利要求1所述一种数字化变频器保护电路,其特征在于:所述DSP模块为TMS320F2808处理器。
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