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在线测量电压的几种方案设计

 

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  变频器的过电压或欠电压集中表现在直流母线的电压值上。正常情况下,变频器直流电压为三相全波整流后的平均值。若以380V线电压计算,则平均直流电压 。在过电压发生时,直流母线的储能电容将被充电,主电路内的逆变器件、整流器件以及滤波电容等都可能受到损害,当电压上升至约800V左右时,变频器过电压保护功能动作;另外变频器发生欠压时(350V左右)也不能正常工作。对变频器而言,有一个正常的工作电压范围,当电压超过或低于这个范围时均可能损坏变频器,因此,必须在线检测母线电压,常用的电压检测方案有三种。

  1)变压器方案

http://www.elecfans.com/uploads/allimg/110804/1504224X8-1.jpg

  图2中,P为直流母线电压正(+)N为直流母线电压负(-)

  变频器控制回路的电源电压一般采用开关电源的方式来获得,利用开关变压器的特点,在副边增加一组绕组N4(匝数根据实际电路参数决定)作为母线电压的采样输出,开关变压器的原边电压为母线电压,而副边输出电压随着原边输入电压的变化而线性地发生变化,这样既能起到强弱电隔离作用又能起到降压作用,把此采样信号经过处理可以送到DSP内进行A/D采样实现各种保护工作。

  2)线性光耦方案

http://www.elecfans.com/uploads/allimg/110804/1504224533-2.jpg

  P为直流母线电压正(+)N为直流母线电压负(-)

  在这种方式中,光耦的初级接受一组待测的摸拟电压信号,次级输出一对差动的电压信号。输入与输出之间在一定范围内是一种线性的当量关系。在设计应用中必须分别给光耦的输入、输出端提供隔离的+5V电源,且运放电路必须提供±15V电源,直流母线电压经过电阻分压后接入光耦的输入端,输出信号线性地跟随输入信号地变化,光耦的输出信号经放大电路放大后提供给DSP进行内部处理。

  由于此光耦的线性范围较小,因此输入端电阻的配置必须使输入信号在光耦的线性范围内。

 3)电压霍尔方案

http://www.elecfans.com/uploads/allimg/110804/150422J15-3.jpg

  采用电压霍尔对母线电压进行测量,按霍尔使用要求必须提供±15V电源,且电源电压的误差不超过±5%,由于霍尔输入端电流不超过10mA,可根据母线电压的范围及长时间工作发热的要求配置输入端电阻,此电压霍尔的输入、输出已隔离,因此霍尔的输出电流信号经电阻R5R6采样转换成电压信号后再进行处理(如滤波、放大等)可直接引入DSP,进行实时采样计算。根据母线电压检测范围的不同可选取不同耐压等级的电压霍尔传感器。

  表1为三种不同测量方案的对照表:
http://www.elecfans.com/uploads/allimg/110804/1504222V7-4.jpg

  

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