变频器常用检测方法.doc

1 引言 控制系统反馈量检测的精确程度，从某种意义上说，很大程度上决定了控制系统所能达到的控制品质。检测电路是变频调速系统的重要组成部分，它相当于系统的“眼睛和触觉”。检测与保护电路设计的合理与否，直接关系到系统运行的可靠性和控制精度。 2 变频器常用检测方法和器件 2.1 电流检测方法 ??????????????????????????????????????????????????????????????????? ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 图1 电流互感示意图 电流信号检测的结果可以用于变频器转矩和电流控制以及过流保护信号。电流信号的检测主要有以下几种方法。 (1) 直接串联取样电阻法 这种方法简单、可靠、不失真、速度快，但是有损耗，不隔离，只适用于小电流并不需要隔离的情况，多用于只有几个kva的小容量变频器中。 (2) 电流互感器法 这种方法损耗小，与主电路隔离，使用方便、灵活、便宜，但线性度较低，工作频带窄(主要用来测工频)，且有一定滞后，多用于高压大电流的场合。如图1所示。 图1中，r为取样电阻，取样信号为: us=i2r=i1r/m (1) 式中，m为互感器绕组匝数。 电流互感器测量同相的脉冲电流ip时，副边也要用恢复二极管整流，以消除原边复位电流对取样信号的影响，如图2(a)所示。在这种电路中，互感器磁芯单向磁化，剩磁大，限制了电流测量范围，可以在副边加上一个退磁回路，以扩展其测量范围，如图2(b)所示。 电流互感器检测后一般要通过整流后再用电阻取样，如图2(a)。由于主回路电流会有尖峰，如图3(a)，这种信号用于峰值电流控制和保护都会有问题。 ?????????????????????????????????????? ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 图2 电流互感器及范围扩展 随着脉宽的减小，前沿后斜坡峰值可能比前沿尖峰还低，就会造成保护电路误动作，所以要对电流尖峰进行处理。处理的方法见图3(b)，和rs并联一个不大的电容cs，再加一个合适的rc参数，就能有效地抑制电流尖峰。如图3(c)所示。 ?????????????????????????????????????? ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 图3 电流取样信号的处理 (3) 霍尔传感器法 它具有精度高、线性好、频带宽、响应快、过载能力强和不损失测量电路能量等优点。其原理如图4所示。 图4中，ip为被测电流，这是一种磁场平衡测量方式，精度比较高，若lem的变流比为1:m，则取得电压us也符合式(1)。在通用变频器中霍尔传感器已成为电流检测的主力。 2.2 电压检测方法 电压信号检测的结果可以用于变频器输出转矩和电压控制以及过压、欠压保护信号。电压信号的检测可用电阻分压、线性光耦、电压互感器或霍尔传感器等方法。 ???????????????????????????????????????????????????????????????? ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 图4 霍尔电流检测方法 (1) 电阻分压法:用电阻网络将高压进行分压，得到按比例缩小的低电压。该方法使用简单，但其精度受外界环境(主要是温度)影响较大，且不能实现隔离，如果作为模拟反馈量进行a/d转换，需要加入隔离放大器。该方法适用于低压系统。 (2) 电压互感器法:与电流互感器类似，只能用于检测交流电压，适用于高压系统中。 (3) 霍尔电压传感器法:原理与霍尔电流传感器类似，如图5所示。 (4) 线性光耦法: 霍尔电压传感器具有反应速度快和精度高的特点，但是在小功率的变频器中，采用霍尔传感器的成本昂贵，而采用高性能的光耦则可降低成本。像hp公司生产的线性光耦hcnr200/201等具有很高的线性度和灵敏度，可精确地传送电压信号。图6是一个用hcnr200/201测量电压的实际电路，光耦实际上起直流变压器的作用。图6中，原边运放采用的是单电源供电的lm2904，副边运放采用精密运放op07。