CN207069566U - 一种数字化变频器保护电路 - Google Patents

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

一种数字化变频器保护电路

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U_PNmax＝566V，U_PNmin＝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I_dmax/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。