一種變頻調速器的直流母線電壓檢測裝置及方法
2023-07-16 08:19:31 1
一種變頻調速器的直流母線電壓檢測裝置及方法
【專利摘要】本發明涉及一種變頻調速器的直流母線電壓檢測裝置及方法，所述裝置包括：分壓限流鉗位電路，用於將直流母線電壓通過分壓和限流轉換為毫伏級電壓信號，再將毫伏級電壓信號引入給差分輸入放大電路；差分輸入放大電路，用於將引入的毫伏級電壓信號放大恢復為伏級電壓信號，再將伏級電壓信號引入給比例放大電路；比例放大電路，用於將引入的伏級電壓信號放大恢復為直流母線電壓實際值，並將直流母線電壓實際值輸出至變頻調速器的控制主板。所述直流母線電壓檢測方法與該裝置原理相同。本發明通過對直流母線電壓檢測裝置的重新設計，不僅實現了變頻調速器的直流母線電壓檢測電路的簡化，提高了檢測的實時性、穩定性和精度，還實現了偏差校準功能。
【專利說明】一種變頻調速器的直流母線電壓檢測裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及直流母線電壓檢測領域，特別是涉及一種變頻調速器的直流母線電壓檢測裝置及方法。
【背景技術】
[0002]變頻調速器的直流母線電壓是變頻調速器信號檢測系統中非常關鍵的一個參數，它直接參與到了變頻器的控制算法，且直流母線電壓檢測的準確性決定了變頻調速器的性倉泛。
[0003]現有技術普遍採用的直流母線電壓檢測電路是通過為控制系統供電的開關變壓器的一個副邊輸出來完成的，其原理是將直流母線電壓作為開關變壓器的輸入，開關變壓器的一個副邊電壓與直流母線電壓形成對應比例。這種檢測模式的電路結構複雜，響應時間較慢，實時性差，容且易受到變壓器本身的振蕩幹擾，檢測準確度不高。
[0004]鑑於開關變壓器檢測直流母線電壓所存在的問題，本發明提出了 一種電路結構簡單，高可靠性的變頻調速器的直流母線電壓檢測裝置及方法。
【發明內容】
[0005]本發明所要解決的技術問題是提供一種變頻調速器的直流母線電壓檢測裝置及方法，用於解決現有變頻調速器的直流母線電壓檢測電路結構複雜、響應慢、準確度不高等問題。
[0006]本發明解決上述技術問題的技術方案如下:一種變頻調速器的直流母線電壓檢測裝置，包括分壓限流鉗位電路、差分輸入放大電路和比例放大電路；
[0007]所述分壓限流鉗位電路，用於將直流母線電壓通過分壓和限流轉換為毫伏級電壓信號，再將毫伏級電壓信號引入給差分輸入放大電路；
[0008]所述差分輸入放大電路，用於將引入的毫伏級電壓信號放大恢復為伏級電壓信號，再將伏級電壓信號引入給比例放大電路；
[0009]所述比例放大電路，用於將引入的伏級電壓信號放大恢復為直流母線電壓實際值，並將直流母線電壓實際值輸出至變頻調速器的控制主板。
[0010]在上述技術方案的基礎上，本發明還可以做如下改進。
[0011 ] 進一步，還包括電源電路，其連接所述差分輸入放大電路和比例放大電路的供電端，用於向差分輸入放大電路和比例放大電路供電。
[0012]進一步，還包括校準電路，其用於校準所述比例放大電路恢復的直流母線電壓實際值與設定的變頻調速器直流母線電壓值是否有偏差，並消除存在的偏差。
[0013]進一步，所述校準電路包括串聯的第六電阻和電位器，所述第六電阻一端連接所述比例放大電路的反相輸入端，另一端連接電位器，所述電位器的另一端接地。
[0014]進一步，所述分壓限流鉗位電路包括第一串聯電阻電路、第二串聯電阻電路、第一二極體、第二二極體和第一電阻；[0015]所述第一串聯電阻電路包括串聯且阻值任意的若干個電阻，其一端連接直流母線電壓端，另一端連接所述差分輸入放大電路的同相輸入端，並同時連接第一二極體陽極、第二二極體陰極和第一電阻的一端，且第一電阻另一端接地；
[0016]所述第二串聯電阻電路包括串聯且阻值任意的若干個電阻，其一端連接直流母線接地端，另一端連接所述差分輸入放大電路的反相輸入端，並同時連接連接第一二極體陰極和第二二極體陽極。
[0017]進一步，所述分壓限流鉗位電路還包括用於去耦的第一電容，其與第一電阻相併聯。
[0018]進一步，所述差分輸入放大電路包括第一運算放大器、第二電阻、第二電容和第三電阻；
[0019]所述第一運算放大器的同相輸入端和反相輸入端分別為所述差分輸入放大電路的同相輸入端和反相輸入端；
[0020]所述第一運算放大器，其同相輸入端和反相輸入端，用於從所述分壓限流鉗位電路引入毫伏級電壓信號，其輸出端連接第三電阻的一端，第三電阻的另一端為所述差分輸入放大電路的輸出端；
[0021]所述第二電阻和所述第二電容相併聯，且均串聯在所述第一運算放大器的反相輸入端與輸出端之間。
[0022]進一步，所述比例放大電路包括第二運算放大器、第四電阻和第五電阻；
[0023]所述第二運算放大器的同相輸入端和反相輸入端分別為所述比例放大電路的同相輸入端和反相輸入端；
[0024]所述第二運算放大器，其同相輸入端連接所述差分輸入電路的輸出端，其反相輸入端與輸出端之間串聯第四電阻，其輸出端連接第五電阻，且第五電阻另一端為所述比較放大電路的輸出端。
[0025]本發明的技術方案還包括一種變頻調速器的直流母線電壓檢測方法，主要有以下步驟:
[0026]分壓限流鉗位步驟，將直流母線電壓通過分壓和限流轉換為毫伏級電壓信號，再將毫伏級電壓信號引入給差分輸入放大步驟；
[0027]差分輸入放大步驟，將引入的毫伏級電壓信號放大恢復為伏級電壓信號，再將伏級電壓信號引入給比例放大步驟；
[0028]比例放大步驟，將引入的伏級電壓信號放大恢復為直流母線電壓實際值，並將直流母線電壓實際值輸出給變頻調速器的控制主板。
[0029]進一步，還包括校準步驟，校準比例放大步驟恢復的直流母線電壓實際值與設定的變頻調速器直流母線電壓值是否有偏差，並消除存在的偏差。
[0030]本發明的有益效果是:本發明通過對直流母線電壓檢測裝置的重新設計，不僅實現了變頻調速器的的直流母線電壓檢測電路的簡化、提高了檢測的實時性、穩定性和精度，還實現了偏差校準功能。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0031]圖1為本發明所述變頻調速器的直流母線電壓檢測裝置的結構示意圖；[0032]圖2為本發明所述變頻調速器的直流母線電壓檢測方法的流程示意圖；
[0033]圖3為本發明實施例中直流母線電壓檢測裝置的電路結構圖。
【具體實施方式】
[0034]以下結合附圖對本發明的原理和特徵進行描述，所舉實例只用於解釋本發明，並非用於限定本發明的範圍。
[0035]如圖1所示，本實施例給出了一種變頻調速器的直流母線電壓檢測裝置，包括分壓限流鉗位電路、差分輸入放大電路和比例放大電路；
[0036]所述分壓限流鉗位電路，其輸入端連接直流母線，輸出端連接差分輸入放大電路，用於將直流母線電壓通過分壓和限流轉換為毫伏級電壓信號，再將毫伏級電壓信號引入給差分輸入放大電路；
[0037]所述差分輸入放大電路，其輸入端連接所述分壓限流鉗位電路，輸出端連接所述比例放大電路，用於將引入的毫伏級電壓信號放大恢復為伏級電壓信號，再將伏級電壓信號引入給比例放大電路；
[0038]所述比例放大電路，其輸入端連接所述差分輸入放大電路，輸出端連接變頻調速器的控制主板，用於將引入的伏級電壓信號放大恢復為直流母線電壓實際值，並將直流母線電壓實際值輸出至變頻調速器的控制主板。
[0039]此外，還包括電源電路和校準電路。所述電源電路連接所述差分輸入放大電路和比例放大電路的供電端，用於向差分輸入放大電路和比例放大電路供電；所述校準電路用於校準所述比例放大電路恢復的直流母線電壓實際值與設定的變頻調速器直流母線電壓值是否有偏差，並消除存在的偏差。
[0040]如圖2所示，本實施例還對應給出了一種變頻調速器的直流母線電壓檢測方法，主要有以下步驟:
[0041]分壓限流鉗位步驟，將直流母線電壓通過分壓和限流轉換為毫伏級電壓信號，再將毫伏級電壓信號引入給差分輸入放大步驟；
[0042]差分輸入放大步驟，將引入的毫伏級電壓信號放大恢復為伏級電壓信號，再將伏級電壓信號引入給比例放大步驟；
[0043]比例放大步驟，將引入的伏級電壓信號放大恢復為直流母線電壓實際值，並將直流母線電壓實際值輸出給變頻調速器的控制主板；
[0044]校準步驟，校準比例放大步驟恢復的直流母線電壓實際值與設定的變頻調速器直流母線電壓值是否有偏差，並消除存在的偏差。
[0045]該直流母線電壓檢測方法依靠上述直流母線電壓檢測裝置實現，兩者工作原理相同。
[0046]如圖3所示，所述分壓限流鉗位電路包括第一串聯電阻電路、第二串聯電阻電路、第一二極體D1、第二二極體D2、第一電阻R21和用於去耦的第一電容Cl，其中所述第一串聯電阻電路包括串聯且阻值任意的若干個電阻(圖3所示的依次串聯的電阻R1-R10)，其一端作為分壓限流鉗位電路的第一輸入端(Rl的端子)，連接直流母線電壓端DC+，另一端作為分壓限流鉗位電路的第一輸出端(R10的端子)，連接第一二極體Dl陽極、第二二極體D2陰極和第一電阻R21的一端,且第一電阻R21的另一端接地；所述第一電容Cl與第一電阻R21相併聯。
[0047]所述第二串聯電阻電路包括串聯且阻值任意的若干個電阻(圖3所示的Rll至R20)，其一端作為分壓限流鉗位電路的第二輸入端(Rll的端子)，連接直流母線接地端0V，另一端作為分壓限流鉗位電路的第二輸出端(R20的端子)，連接第一二極體Dl陰極和第二二極體D2陽極。
[0048]分壓限流鉗位電路中，R1-R10、R11-R20、R21將變頻調速器的600V或1000V直流
高電壓分壓限流為毫伏級小電壓、毫安級小電流供給差分輸入放大電路，實現了高壓大電流直接引入到差分放大電路中的功能，通過配比R1-R21本身的阻值，可以實現變頻調速器直流母線電壓與差分輸入放大電路的輸入端電壓值的成比例縮小。第一電容Cl去掉經過分壓後的毫伏電壓的高頻成分，兩個二極體Dl和D2形成反向結構，構成了鉗位功能，保證分壓後的電壓信號幅值維持在差分輸入放大電路所允許的電壓範圍內，防止損害差分輸入放大電路。
[0049]同樣如圖3所示，所述差分輸入放大電路包括第一運算放大器U1A、第二電阻R22、第二電容C2和第三電阻R23 ;所述第一運算放大器UlA的同相輸入端和反相輸入端即對應為所述差分輸入放大電路的同相輸入端和反相輸入端。
[0050]所述第一運算放大器UlA的同相輸入端連接所述分壓限流鉗位電路的第一輸出端，所述第一運算放大器UlA的反相輸入端連接所述分壓限流鉗位電路的第二輸出端，所述第一運算放大器的輸出端連接第三電阻R23的一端，第三電阻R23的另一端為所述差分輸入放大電路的輸出端；所述第二電阻R22和所述第二電容C2相併聯，且均串聯在所述第一運算放大器UlA的反相輸入端與輸出端之間。第一運算放大器UlA的供電端還與電源電路相連，電源電路提供15V電壓。
[0051]第一運算放大器UlA為差分輸入放大電路的核心器件，與第二電阻R22配合實現了將分壓限流鉗位電路輸出的差分毫伏級母線電壓信號放大恢復為伏級小信號，同時由於運算放大器本身具備隔離功能，通過運算放大器將差分輸入放大電路的輸入輸出信號隔離開來。通過匹配電阻R22阻值，可以調節差分輸入放大電路的放大倍數。
[0052]同樣如圖3所示，所述比例放大電路包括第二運算放大器U1B、第四電阻R24和第五電阻R25 ;所述第二運算放大器UlB的同相輸入端和反相輸入端即對應為所述比例放大電路的同相輸入端和反相輸入端。
[0053]所述第二運算放大器U1B，其同相輸入端連接所述差分輸入電路的輸出端，其反相輸入端與輸出端之間串聯第四電阻R24,其輸出端一端連接第五電阻R25,第五電阻R25另一端為所述比較放大電路的輸出端，與變頻調速器控制主板相連。第二運算放大器UlB的供電端還與電源電路相連，電源電路提供15V電壓。
[0054]比例放大電路中匹配第四電阻R24阻值可調比例放大電路的放大倍數，通過運算放大器將比例放大電路的輸入輸出信號隔離開來。比例放大電路的輸出值送至變頻調速器控制主板，根據分壓限流鉗位電路、差分輸入放大電路、比例放大電路中的信號放大倍數關係，可通過程序設計將其恢復為直流母線電壓實際值。
[0055]所述校準電路包括串聯的第六電阻R26和電位器R27，所述第六電阻R26 —端連接第二運算放大器UlB的輸出端，另一端連接電位器R27，所述電位器R27的另一端接地。校準電路通過調節電位器R27的阻值，來改變比例放大電路中的運算放大器UlB的輸出端反饋到反相輸入端的電壓值。母線電壓檢測模塊的檢測值與實際母線電壓有偏差時，調節校準電路可以消除偏差，從而提高了檢測的進度。
[0056]以上所述僅為本發明的較佳實施例，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種變頻調速器的直流母線電壓檢測裝置，其特徵在於，包括分壓限流鉗位電路、差分輸入放大電路和比例放大電路； 所述分壓限流鉗位電路，用於將直流母線電壓通過分壓和限流轉換為毫伏級電壓信號，再將毫伏級電壓信號引入給差分輸入放大電路； 所述差分輸入放大電路，用於將引入的毫伏級電壓信號放大恢復為伏級電壓信號，再將伏級電壓信號引入給比例放大電路； 所述比例放大電路，用於將引入的伏級電壓信號放大恢復為直流母線電壓實際值，並將直流母線電壓實際值輸出至變頻調速器的控制主板。
2.根據權利要求1所述的直流母線電壓檢測裝置，其特徵在於，還包括電源電路，其連接所述差分輸入放大電路和比例放大電路的供電端，用於向差分輸入放大電路和比例放大電路供電。
3.根據權利要求1所述的直流母線電壓檢測裝置，其特徵在於，還包括校準電路，其用於校準所述比例放大電路恢復的直流母線電壓實際值與設定的變頻調速器直流母線電壓值是否有偏差，並消除存在的偏差。
4.根據權利要求3所述的直接母線電壓檢測裝置，其特徵在於，所述校準電路包括串聯的第六電阻和電位器，所述第六電阻一端連接所述比例放大電路的反相輸入端，另一端連接電位器，所述電位器的另一端接地。
5.根據權利要求1至4中任一所述的直流母線電壓檢測裝置，其特徵在於，所述分壓限流鉗位電路包括第一串聯電阻電路、第二串聯電阻電路、第一二極體、第二二極體和第一電阻； 所述第一串聯電阻電路 包括串聯且阻值任意的若干個電阻，其一端連接直流母線電壓端，另一端連接所述差分輸入放大電路的同相輸入端，並同時連接第一二極體陽極、第二二極體陰極和第一電阻的一端，且第一電阻另一端接地； 所述第二串聯電阻電路包括串聯且阻值任意的若干個電阻，其一端連接直流母線接地端，另一端連接所述差分輸入放大電路的反相輸入端，並同時連接連接第一二極體陰極和第二二極體陽極。
6.根據權利要求5所述的直流母線電壓檢測裝置，其特徵在於，所述分壓限流鉗位電路還包括用於去耦的第一電容，其與第一電阻相併聯。
7.根據權利要求1至4中任一所述的直流母線電壓檢測裝置，其特徵在於，所述差分輸入放大電路包括第一運算放大器、第二電阻、第二電容和第三電阻； 所述第一運算放大器的同相輸入端和反相輸入端分別為所述差分輸入放大電路的同相輸入端和反相輸入端； 所述第一運算放大器，其同相輸入端和反相輸入端，用於從所述分壓限流鉗位電路引入毫伏級電壓信號，其輸出端連接第三電阻的一端，第三電阻的另一端為所述差分輸入放大電路的輸出端； 所述第二電阻和所述第二電容相併聯，且均串聯在所述第一運算放大器的反相輸入端與輸出端之間。
8.根據權利要求1至4中任 一所述的直流母線電壓檢測裝置，其特徵在於，所述比例放大電路包括第二運算放大器、第四電阻和第五電阻；所述第二運算放大器的同相輸入端和反相輸入端分別為所述比例放大電路的同相輸入端和反相輸入端； 所述第二運算放大器，其同相輸入端連接所述差分輸入電路的輸出端，其反相輸入端與輸出端之間串聯第四電阻，其輸出端連接第五電阻，且第五電阻另一端為所述比較放大電路的輸出端。
9.一種變頻調速器的直流母線電壓檢測方法，其特徵在於，包括分壓限流鉗位步驟、差分輸入放大步驟和比例放大步驟； 分壓限流鉗位步驟，將直流母線電壓通過分壓和限流轉換為毫伏級電壓信號，再將毫伏級電壓信號引入給差分輸入放大步驟； 差分輸入放大步驟，將引入的毫伏級電壓信號放大恢復為伏級電壓信號，再將伏級電壓信號引入給比例放大步驟； 比例放大步驟，將引入的伏級電壓信號放大恢復為直流母線電壓實際值，並將直流母線電壓實際值輸出給變頻調速器的控制主板。
10.根據權利要求9所述的直接母線電壓檢測方法，其特徵在於，還包括校準步驟，校準比例放大步驟恢復的直流母線電壓實際值與設定的變頻調速器直流母線電壓值是否有偏差，並消除存在的 偏差。
【文檔編號】G01R19/00GK103884900SQ201410124439
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年3月31日 優先權日:2014年3月31日
【發明者】劉海波, 董玉傑, 楊戰旗, 黎永碧, 張素妍, 艾超陽, 艾永樂, 王玉梅 申請人:河南理工大學