变频器内部电压检测原理

变频器内部电压检测原理变频器有电压保护--失压或者过压保护，选一款你熟悉的变频器，详细介绍变频器内部电压检测的分类及处理电路分析，并举例说明故障处理经过。电压检测电路，是变频器故障检测电路中的一个重要组成部分，旨在保障使IGBT逆变电路的工作电源电压在一特定安全范围以内，若工作电源危及IGBT（包含电源本身的储通电容）器件的安全时，实施故障报警、使制动电路投入工作、停机保护等措施。此外，少数机型还有对输出电压的检测，在一定程度上，起到对IGBT导通管压降检测的同样作用，取代驱动电路中IGBT的管压降检测电路。本文总结了工控论坛各网友精彩观点，希望您可以从中分享经验！首先，变频器内部的电压检测分为两种，直流检测和交流检测。1、直流检测的方式又有两种，一种是直接从母线上面分压，经过光耦，然后送入MCU的AD采样，然后就得到了母线电压的值；另外一种是从开关电源（开关电源从母线上取直流电）的变压器的正激绕组得到一个低压，然后也是经过AD采样后换算成直流母线电压值；如果母线上面的电压过高或者过低，就会出现过压或者欠压保护，如果带制动模块的变频器，变频器就是启动直流制动，把多余的能量消耗在制动电阻上面；2、交流电压的检测主要是为了做一个硬件的保护，准确地来说应该是变频器的输出电流值的检测，因为变频器的输出电压值是一个给定值，不需要检测。也有两种方式，一种是用分流器（阻值很小，过大电流，一般用在小功率变频器上面）直接串在变频器的输出线上，把电流转换成电压；另一种方式使用电流传感器的方式，一般用在大功率机器上面；不管是哪种方式，最后都会得到变频器的输出电流（已经转换成对应的电压值了），接下来就是保护电路了；3、电流保护总的来说就是过流保护，比如缺相保护，三相不平衡保护，短路保护等等，基本原理都是把三相输出电流（已经转换成电压）经过整流成脉动直流电压，再通过一系列的运放，比较器，稳压管等基本期间，输出一个控制端，直接控制变频器的模块，如果出现上面所说的缺相或者短路等故障时，直接封锁模块的输出，保护变频器的模块。当然，也有用专用的模块驱动芯片，芯片本身就带过流保护的功能，用这种专用芯片的话，就省了很多事了，也是同样的效果。至于原理图，我就不传了，家里电脑上实在没有原理图，网上有很多原理，大家也都能找到，欢迎大家指正，并讨论。我所见过的几家变频器,伺服驱动器在母线电压的处理上都大同小异(总原理一样，细节处理不同)；都是通过大阻值电阻分压PN母线电压,然后经差分运放电路,一部分到硬件比较电路去(超过或者低于硬件设定的电压范围),产生的比较信号过压或者欠压告知CPU,这部分有的只有过压报警的电路,欠压得部分就有计算值与设定软数值比较,有的过压,欠压电路都有,也有电路有,而实际报警值却是计算值与一个范围值比较出来的;另外的输入到CPU或者DSP去，用于计算显示当前母线电压(制动动作的部分一般由这边来完成,设定制动电压,当计算采样电压高于设定值,制动动作,电容电压释放);上次见到有家的变频器不止过压，欠压还有断电报警,后面想想,侦测整流子前面的电压，可以实现这个功能，不过电路成本又增加了点！三相输入电源电压检测电路将R、S、T端输入的电源电压先经电阻网络降压/限流，再经桥式整流电路变为六波头300Hz脉动直流，送入光耦合器输入侧，3相电源正常时，光耦输出侧为六波头300Hz的脉冲直流信号，或认为J2端子的35脚一直为低电平；电源任缺一相时，光耦输出侧为四波头200Hz的电压信号，或认为J2的35端子有出现高电平的时刻，经后级电路处理送入MCU，MCU判断缺相故障，报警并停机保护。光耦合器U15的输入侧串入稳压管Z19，使U15输出信号的动作“干脆利落”，对三相电源电压的不平衡也有检测作用。检测电路将输入模拟信号转化为映波头数目的“数字信号形式”，利于MCU的检测和判断。3相输出电压/频率检测电路3相输出电压检测电路，在少数变频器产品中有采用。其主要作用，是检测逆变电路的输出状态，由此起到对IGBT的保护作用，如同驱动电路的IGBT管压降检测与保护电路一样。有些变频器，驱动电路没有IGBT管压降检测保护电路，对IGBT的保护，一定程度上依赖于三相输出电压检测电路——三相输出电压信号经电路转变为输出频率信号，再输入MCU，起到对逆变电路的6只IGBT是否正常工作的判断。这是一个典型仪用放大器的电路结构，N1、N2、N3前三级电路构成了双端输入、单端输出的差动放大电路，第四级接成反相放大器，将信号放大到一定幅度后推动U7光电耦合器。U、W输出端电压信号经R31、R34降压，D16、D17双向限幅，C17滤掉了高频载波信号，将信号还原为两相电压信号，加入N1、N2、N3组成的差动放大电路，再经N4放大后推动U7输出。N1、N2、N3电路又是V相电压信号的合成电路，输入的U、W两相信号中，包含了V相电压信号，经N1、N2、N3电路的合成作用，实际上N3输出的是表征着V相频率与时间基准的脉冲信号。耦合电容E13起到了隔直通交及对信号进行零电平“置位”的作用，以适应N4单电源供电电路的要求，N4则相当于一个整形电路，将N3输出信号整形为矩形脉冲信号输出，以驱动光电耦合器U7。当U7输出的信号满足要求时，说明U、V、W三相输出都是正常的。U7的输出信号反映了三相电压的输出状态，此信号输入到CPU，与内部时间基准相比较，通对脉冲计数的时间比对，从面可判断出是否存在输出缺相（d.f.）故障。故障时可实施停机保护。变频器的故障分析与变频器保护电路变频器的故障检测与保护电路虽有时候令人头疼，但却是最令人产生检修兴趣的电路之一。变频器故障检测电路，往往是变频器厂家在软、硬件电路设计上的浓笔重彩之处。变频器电路中林林总总的各种故障检修电路，只有一个指向和目的——在变频器面临异常工作状态时，采取停机或其它保护措施，尽最大可能保护IGBT模块的安全。究竟有哪些因素会影响乃至危及IGBT模块的安全呢？1、电流因素：（1）、过流，在轻、中度过流状态，为反时限保护区域；（2）、严重过流或短路状态，无延时速断保护；2、电压因素：（1）、IGBT模块的供电电压过高时，将超出其安全工作范围，导致其击穿损坏；（2）、供电电压过低时，使负载能力不足，运行电流加大，运行电机易产生堵转现象，危及IGBT模块的安全；（3）、供电电压波动，如直流回路滤波（储能）电容的失容等，会引起浪涌电流及尖峰电压的产生，对IGBT模块的安全运行产生威胁；（4）、IGBT的控制电压——驱动电压低落时，会导致IGBT的欠激励，导通内阻变大，功耗与温度上升，易于损坏IGBT模块。3、温度因素：（1）、轻度温升，采到强制风冷等手段；（2）、温度上升到一定幅值时，停机保护；4、其它因素：（1）、驱动电路的异常，如负截止负压控制回路的中断等，会使IGBT受误触通而损坏；（2）、控制电路、检测电路本身异常，如检测电路的基准电压飘移，导致保护动作起控点变化，起不到应有的保护作用。相对于以上影响或危及IGBT模块的因素，则衍生了下述种类的保护电路。1、电压检测电路：（1）、直流回路电压检测电路，用电阻分压网络直接对直流530V电压采样，或从开关电源次级整流电路间接对直流530V进行采样，由后续电路处理成模拟信号和数字开关量信号。其中模拟量信号用于直流回路的电压显示，输出控制等，而开关量信号用于故障报警、停机保护等；（2）、有的机型对三相交流输入电压进行检测，借以判断IGBT的供电状态，异常时停机保护；（3）、对驱动供电电压进行监测，常由驱动IC的内部保护电路执行此任务，预防IGBT出现欠激励现象；（4）、对充电接触器的触点状态进行检测，实际为直流回路电压的辅助检测。2、电流检测电路：（1）、IGBT保护电路，检测IGBT在导通期间的管压降，判断IGBT是否处于过流、短路状态，实施软关断与停机保护措施；（2）、对三相输出电流进行采样，据过流程度不同，采取不同的保护手段，如降低运行频率、延时停机保护等。（3）在逆变模块供电回路串接快熔保险管，实现对逆变模块的短路保护，对快熔管状态的检测；（4）、个别机型还对直流母线的电流进行采样，异常时采取保护动作；（5）、个别机型对输出电压/频率进行采样，实施对IGBT的保护。3、温度检测电路：（1）、用温度传感器检测IGBT模块的温度；（2）、用温度传感器检测IGBT模块的温度，同时检测散热风扇的工作状态。除了对IGBT的相关保护外，对其它元器件不需要保护吗？有无相关的故障检测电路呢？对整流模块的保护，有的机型提供了用温度传感器形式的超温保护。有的没有。有的机型在供电方面，提供了对CPU电路、控制电路的检测和保护，如检测负载电压的高低，在供电异常时，实施停机保护，并报出故障代码；CPU本身（配合软件）也有一个供电检测，超出一定范围后，报出相关故障。故障检测电路的故障表现为两个方面：1、保护功能失效，相关电路故障或变频器工作状态异常时，不能起到正常的保护作用；2、电路本身故障，在所保护电路（元件）为正常状态时，误报电路（元件）故障，变频器不能投入正常工作。这就如同“谎报军情”一样，会误导我们的故障判断呀。故障信号的存在，会使CPU封锁六路驱动脉冲信号的输出，使我们无法检测驱动电路和逆变模块的正常。故障信号的存在，还可能使CPU做出非常“另类”的举动来。如OC故障信号的存在，使操作面板的所有操作均被拒绝，好像进入了程序死循环一样，会使人误认为CPU故障，而忽视了对驱动电路及逆变输出电路的检查。而实质上是CPU采取的一个防范措施——防止因操作造成进一步严重故障的发生！还有一种情况：故障检测电路本身并无故障，但在检修过程中，我们常将CPU主板、电源/驱动板与主电路脱开，单独上电检修，因形不成故障检测电路的检测条件，常使故障检测电路报出相关故障，CPU封锁六路脉冲信号的输出，给检修带来很大的不便。检修线路板故障之前，经常要做的第一项工作，即是采取相应手段，人为提供相关故障检测电路的“正常检测条件”，令CPU判断“整机工作状态正常”，可以根据起、停操作，输出正常的六路驱动脉冲信号，以利于检修工作的开展。故障检测与保护电路，本身的故障率是较低的，但在检修过程中，即使故障检测与保护电路状态是完好的，我们仍需要对大部分检测电路动一下“手脚”，屏蔽其检测与报警功能。因而要在电路原理上吃透，知道在什么地方动手脚才能有效，才能让故障检测与保护电路听话，根据维修需要，作出相应的动作。摸对了故障检测电路的“脾性”，故障检测与保护电路，确实能“听”维修人员的话。在逆变回路的供电——直流母线回路中串接熔断器，是最为直接的保护方式之一。只要运行电流一旦超过某一保护阀值，保险管熔断，即保护了IGBT的安全。但保险管的熔断值往往要留有一定的余地，负载电路出现的正常情况下的随机性过载，靠快熔保险管来完成这种保护任务，显然是不现实的。快熔保险管所起到的作用，是在严重过流故障状态下熔断，从而中断对逆变电路的供电，避免了故障的进一步扩大。由电流互感器检测三相输出电流信号，由运算电路（和数字电路）处理成模拟和开关量信号，再输入到CPU，进行运行电流显示，和根据过载等级不同，进行相关如降低运行频率、报警延时停机、直接停机保护等不同的控制。在危及IGBT安全的异常过载情况下，因传输电路的R、C延时效应，再加上软件程序运行时间，CPU很难在μs级时间内作出快速反应，对IGBT起到应有的保护。因而对IGBT最直接和有效的保护任务，落在驱动电路的IGBT保护电路——IGBT管压降检测电路的身上。驱动电路与IGBT在电气上有直接连结的关系，在检测到IGBT的故障状态时，一边对IGBT采取软关断措施，一边将OC故障信号送入CPU，在CPU实施保护动作之前，已经先行实施了对IGBT的关断动作。因而驱动电路起到了IGBT模块“贴身”警卫的作用。整理自工控论坛