变频器中常见的检测与保护电路探讨

     比较器参考电压取自电阻R51~R57组成的分压器，10V标准电压经电阻分压后取出4个不同的参考电压分别送至4个比较器的反相输入端，比较器的输出信号经光耦隔离、阻容滤波之后再经施密特反向器关闭IGBT，同时送CPU进行处理。
     正常状态下，电压取样值(3V左右)处于B点和C点的电位之间，比较器A1、A2输出“0”，A3、A4输出“1”。经过隔离、滤波、反向处理，最终的输出在图中由上到下为0011，这是正常工作信号。B、C间的电压范围较大，当交流电源电压在300~460V间变化时，变频器正常工作。一旦交流电源电压高于460V，电压取样随即高于B点电压，位于A、B电位之间，A1输出0，A2、A3、A4输出1，电路输出过压信号0111;而当电源电压降至300V以下，电压取样立即低于C点电压，处于C、D电位之间，A1、A2、A3输出0，A4输出1，此时电路输出欠压信号0001。这样，变频器便发出过压或欠压预报警信号，并按预定的控制顺序关机。
4.2 变频器输出电压检测电路
     前面已经提到，变频器在调频的同时必须调压，因此逆变器输出交流电压的控制与检测是至关重要的。
采用高速数字光耦是一种测量变频器交流输出电压的简单而有效的方法。高速数字光耦6N136，6N137，HCPL3120，PC900V等具有体积小、寿命长、抗干扰性强、隔离电压高、高速度、与TTL电平兼容等优点，在数据信号处理和信号传输中应用的十分广泛，可用来检测变频器交流输出电压。这里介绍一种简单实用的用线性光耦实现的变频器输出电压检测的电路，如图14所示。

图14       变频输出交流电压检测电路及光耦结构图

     利用光耦6N137和电阻降压电路采集逆变器U、V、W三相输出对直流环节负极N的电压信号，这样三相信号都变为单极性SPWM电压脉冲，便于与单向光耦匹配。单极性SPWM脉冲电压经小电容滤波后便成为如图15所示的比较平滑的正弦半波信号，它反映了逆变器交流电压(半波)的瞬时值，然后送相应的CPU或 ASIC处理，根据需要既可以得到电压的瞬时值，也可以计算出电压的有效值。既能满足控制的需要，又可以满足显示计量的需求。例如，日本Sanken公司研究的电压矢量控制变频器就是利用这种电路完成对交流输出电压的测量，控制效果良好。

5   变频器中的其它检测与保护电路

图15     变频输出对负极N的电压波形

图 16    过热检测电路

图17      缺相、接地故障熔和断器熔断检测电路

5.1 过热检测与保护电路
功率稍大的风冷式变频器中的散热系统一般都是由多个散热器组成，并配备轴流风机。每一块散热器上各安装一只热敏元件，如图16中所示的PTH1~PTH3，有些变频器在主控板上也安装一只热敏元件，如图16中所示的PTH4。四只热敏元件串联后接光耦元件P4。正常状态下，热敏元件为常闭触点，光耦导通输出信号为0;当散热片过热时热敏元件断开，光耦截止，输出信号为1，该信号经RC滤波后去关闭IGBT的驱动信号并通知CPU发出过热报警信号。
5.2 电源缺相和接地故障检测电路
电源缺相和接地故障检测常用的方法是通过套在主回路(输入或输出)上的电流互感线圈检测三相电流平衡程度来实现的，其原理图见图17。正常时光耦截止输出为 1。当某相电源对地漏电或缺相时，由于三相电流不平衡检测线圈会感应出电势，光耦P512导通，发出故障信号。
5.3   熔断器熔断检测电路
熔断器检测是从Fuse两端取电压信号，其原理图见图17。快熔正常时，两端电压极小，保护电路不动作。当快熔因过流烧断时，两端电压变高，光耦导通发出故障信号，经两个施密特反相器驱动后送至CPU。

6   结束语
     本文介绍了变频器中常用的检测器件，包括取样电阻、电流互感器、霍尔传感器、线性光耦、测速发电机、光电编码器等，以及电流、电压、转速、过热、电源缺相、接地故障、熔断器熔断等多种信号的检测与故障保护电路，对变频器的设计与维护具有重要参考价值。变频器中的信号检测与保护涉及检测技术、数字电路、计算机技术、电力电子技术、热力学等多个学科，它是变频器安全、可靠运行必不可少的技术保障。

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