通用變頻器檢測與保護電路的設計策略探討

趙志明

【關鍵詞】變頻器;電路;檢測;保護;設計策略

通用變頻器內部設計電路的過程中，需要對電路進行檢測，然后將變頻器和電機的運行狀態，以數字化形式傳輸給中央處理器，中央處理器接收到數字信號之后，通過其中設定的算法進行處理，然后給各分部電路下發控制指令，控制變頻器的頻率輸出，同時，還能夠保護變頻器以及電機。

一、變頻器中應用的測量技術和元件

（一）電流的測量技術

變頻調速控制系統中，想要控制電機力矩、運行電流強度、強化電流保護，可以通過控制保護變頻器內部的電流測量信號進行控制，一般會通過直接串聯取樣電阻法、電流互感器法、霍爾傳感器法進行測量[1]。霍爾傳感器法測量磁場平衡性，主要是通過已知被測電流值，然后得到輸出電流值，該傳感器的測量精度相對較高，頻帶較寬，響應時間較短，過載較強，不會使檢測電路發生損傷，是測量電流的主要技術。

（二）電壓測量技術

變頻調速控制系統中的電機輸出力矩、運行電壓、過壓以及欠壓保護情況，其主要是通過測量變頻器內部電壓信號，從而作為保護依據。測量電壓信號的技術包括：電阻分壓、電壓互感器、霍爾傳感器、線性光耦等方法，電阻分壓以及電壓互感器相對來說屬于常用方法，霍爾電壓傳感器的測量原理和電流測量大致相同，在小功率變頻器中應用高性能光耦，測量電壓，其造價相對較低[2]。在測量直流母線高電壓時，需要使用電阻分壓方法，降低電壓，從而得到沒有隔離的低電壓直流信號，然后再經過線性光耦，通過隔離處理，直接將其轉換為和直流母線電壓成正比的直流電壓值，輸送給模數轉換，最后進行測量。

（三）速度測量方法

電力傳動系統，需要使用變頻器調控電動機速度，如果對于轉速的要求較高，則需要使用矢量變頻器，該變頻器主要是對電動機的轉子轉速進行實時測量，使用轉速測量儀以及光電編碼器對速度信號進行采集，然后展開測量。光電編碼器的測量精度較高，應用相對廣泛。

二、變頻器內部常用的測量以及保護電路方法

（一）電流測量過電流技術

變頻器電流測量過電流保護電路原理為：霍爾傳感器的輸出端發生U、V兩相電流測量信號，第二季運算放大器接收第一級的經過運算放大器放大22倍的兩相電流測量信號。W相電流信號是U、V電流信號經過A9相加得到。兩個比較器接收的每一相電流的輸入，以正反向輸入作為參考，電壓為+10V以及-10V。如果相應的電壓在兩個電壓值之間，表示三相電流水平是正常的。單穩態觸發器接收來自三極管反相后的比較器輸出值，當輸出信號值為0，保護電路不會運行其功能，如果發生過流現象，輸出信號為0時，多諧振蕩器的入端信號值為一，那么，輸出信號在通過單穩態觸發器后，其輸出信號就會變為1，在輸出信號經過三極管放大后，關閉絕緣柵雙極型晶體管驅動信號，然后通知中央處理器發送報警信號。將信號干擾瞬間，通過單穩態觸發器展開處理，防止過電流保護電流，從而保證變頻器的工作狀態正常。

（二）電壓測量、保護電路

1、變頻器木箱直流電壓的測量以及保護電路

測量電壓、保護電路，需要使用線性光耦，能夠實時測量直流母線電壓，從而起到保護作用，還能夠對制動電阻單元實行起停，使電路提供信號功能不受損傷。通過電流降低直流側母線電壓，然后再使用線性光耦進行隔離變換，進行邏輯比較運算，一系列處理后，會出現四種功能的對應信號。通常來說，直流母線電壓的電壓值為800V，就會引發電壓保護，在降低到750V時，就會停止保護功能，M點電壓和比較器的參考電壓相比，其獲得過電壓信號，直流母線電壓降低到400V，就會產生欠電壓，從而引發保護，如果電壓升高到460V時，就會自動停止保護。

2、變頻器輸出端電壓值測量電路

變頻器輸出端電壓值的測量是十分重要的，值得注意的是，無速度傳感器的矢量控制和輸出端電壓值的精準檢測息息相關。通常來說，對于輸出電壓肯時值以及有效值的要求較高，通過高速數字光耦技術進行檢測是相對簡單且高效的。小電容對單極性電壓脈沖進行濾波，使其變為正弦半波，從而展示出逆變器交流壓瞬時數值，然后再通過中央處理器進行處理，獲取電壓的瞬時值，從而得到有效值，最終進行控制。

三、結束語

變頻器的檢測和保護電路對于變頻器來說十分重要，能夠保證系統安全運行。本篇文章通過簡單介紹、設計變頻器常用的測量和保護電路，可以發現霍爾傳感器的優勢比較明顯，該技術也是目前電壓、電流檢測的主要應用方法。