1. 前言
變頻器最主要的特點是具有高效率的驅動效能及良好的控制特性。簡單地說變頻器是通過改變電機輸入電壓的頻率來改變電機轉速的。從電機的轉速公式可以看出，調節電機輸入電壓的頻率f，即可改變電機的轉速n。
目前幾乎所有的低壓變頻器均採用圖1所示主電路拓撲結構。
部分1為整流器，作用是把交流電變為直流電，部分2為無功緩衝直流環節，在此部分可以採用電容作為緩衝元件，也可用電感作為緩衝元件。部分3是逆變器部分，作用是把直流電變為頻率可調整的三相交流電。中間環節採用電容器的這種變頻器稱之為交直交電壓型變頻器，這種方式是目前通用型變頻器廣泛應用的主迴路拓撲。
本文將重點討論這種結構在電壓、電流檢測設計中應注意的一些問題。變頻器在執行過程中為什麼要對電壓、電流進行檢測呢?這就需要從電機的結構和控制特性上說起：
①三相非同步電動機的轉矩是由電機的磁通與轉子內流過電流之間相互作用而產生的，在額定頻率下，如果電壓一定而只降低頻率，那麼磁通就過大，磁迴路飽和，嚴重時將燒毀電機。因此，頻率與電壓要成比例地改變，即改變頻率的同時控制變頻器輸出電壓，使電動機的磁通保持一定，避免弱磁和磁飽和現象的產生。
②變頻器執行中，過載起動電流為額定電流的1.2~1.5倍;過流保護為額定電流的2.
4~3倍(根據不同性質的負載要求選擇不同的過流保護點);另外還有電流閉環無跳閘、失速防止等功能都與變頻器執行過程中的電流有關。
③為了改善變頻器的輸出特性，需要對變頻器進行死區補償，幾種常用的死區補償方法均需檢測輸出電流。
④電動機在運轉中如果降低指令頻率過快，則電動狀態將變為發電狀態執行，再生出來的能量貯積在變頻器的直流電容器中，由於電容器的容量和耐壓的關係，就需要對電壓進行及時、準確地檢測，給變頻器提供準確、可靠的資訊，使變頻器在過壓時進行及時、有效的保護處理。同時變頻器上電過程、下電過程都需要判斷當前直流母線電壓的狀態來判斷程式下一步的動作。
鑑於電壓、電流檢測的重要性，在變頻器設計中採用對電壓、電流進行準確、有效檢測的方法是十分必要的。
2.**測量電壓的幾種方案設計
變頻器的過電壓或欠電壓集中表現在直流母線的電壓值上。正常情況下，變頻器直流電壓為三相全波整流後的平均值。若以380v線電壓計算，則平均直流電壓 。
在過電壓發生時，直流母線的儲能電容將被充電，主電路內的逆變器件、整流器件以及濾波電容等都可能受到損害，當電壓上公升至約800v左右時，變頻器過電壓保護功能動作;另外變頻器發生欠壓時(350v左右)也不能正常工作。對變頻器而言，有乙個正常的工作電壓範圍，當電壓超過或低於這個範圍時均可能損壞變頻器，因此，必須**檢測母線電壓，常用的電壓檢測方案有三種。
1)變壓器方案
圖2中，p為直流母線電壓正(+)，n為直流母線電壓負(-)。
變頻器控制迴路的電源電壓一般採用開關電源的方式來獲得，利用開關變壓器的特點，在副邊增加一組繞組n4(匝數根據實際電路引數決定)作為母線電壓的取樣輸出，開關變壓器的原邊電壓為母線電壓，而副邊輸出電壓隨著原邊輸入電壓的變化而線性地發生變化，這樣既能起到強弱電隔離作用又能起到降壓作用，把此取樣訊號經過處理可以送到dsp內進行a/d取樣實現各種保護工作。
2)線性光耦方案
p為直流母線電壓正(+)，n為直流母線電壓負(-)。
在這種方式中，光耦的初級接受一組待測的摸擬電壓訊號，次級輸出一對差動的電壓訊號。輸入與輸出之間在一定範圍內是一種線性的當量關係。在設計應用中必須分別給光耦的輸入、輸出端提供隔離的+5v電源，且運放電路必須提供±15v電源，直流母線電壓經過電阻分壓後接入光耦的輸入端，輸出訊號線性地跟隨輸入訊號地變化，光耦的輸出訊號經放大電路放大後提供給dsp進行內部處理。
由於此光耦的線性範圍較小，因此輸入端電阻的配置必須使輸入訊號在光耦的線性範圍內。
3)電壓霍爾方案
採用電壓霍爾對母線電壓進行測量，按霍爾使用要求必須提供±15v電源，且電源電壓的誤差不超過±5%，由於霍爾輸入端電流不超過10ma,可根據母線電壓的範圍及長時間工作發熱的要求配置輸入端電阻，此電壓霍爾的輸入、輸出已隔離，因此霍爾的輸出電流訊號經電阻r5、r6取樣轉換成電壓訊號後再進行處理(如濾波、放大等)可直接引入dsp，進行實時取樣計算。根據母線電壓檢測範圍的不同可選取不同耐壓等級的電壓霍爾感測器。
表1為三種不同測量方案的對照表：
3**測量電流的幾種方案設計
實時對變頻器輸出電流檢測的目的主要是防止過電流發生時損壞變頻器，以及為死區補償、無跳閘電流閉環控制提供實際反饋值。如果電流檢測不準確、誤差過大，而變頻器又只能根據其內部的測量結果來進行保護和計算，就會形成誤動作。因此對電流的檢測就必須及時、準確，常用的電流檢測電路有二種。
1)電流霍爾方案
霍爾電流感測器是應用霍爾效應原理的新一代電流感測器，能在電隔離條件下測量直流、交流、脈動以及各種不規則波形的電流。由於閉環霍爾電流感測器的響應時間小於 ,因此出現短路時，霍爾輸出電流訊號經取樣電阻轉換成電壓訊號及時送到dsp，在igbt 10us短路安全時間內封鎖pwm驅動訊號輸出，使igbt得到可靠的保護。當然，同電壓霍爾一樣，必須提供電流霍爾正常工作所要求的電源電壓，且電源電壓誤差不超過±5%。
同時選擇電流霍爾元件時，線性範圍必須滿足igbt最大工作電流的範圍。三電流霍爾方案中，直流側霍爾用來檢測橋臂直通故障，對響應指標有較高要求，輸出側兩相電流檢測用來完成死區補償、無跳閘電流閉環、過載、過流電流檢測。圖6.
中的三霍爾方案二去掉了直流側霍爾，直通保護通過智慧型驅動光耦來保證，輸出側三霍爾除實現圖5中兩霍爾功能外，還可進行輸出缺相檢測。
2)線性光耦方案
變頻器輸出電流經低阻值、低感抗、高精度的取樣電阻進行取樣，把得到的電壓訊號經線性光耦隔離、放大後送到dsp，經dsp內部處理對變頻器進行保護，具體電路可參考電壓測量中線性光耦的電路，只是輸入訊號端稍有不同。這種用法普遍應用在小功率變頻器中。取樣電阻值的選擇應兼顧最小的功耗和最大的精度這兩個因素。
4變頻器設計中對電壓電流感測器效能指標要求
a) 電磁相容(emc)要求：
隨著變頻器等電力電子裝置的廣泛使用，系統的電磁干擾(emi)日益嚴重，相應的抗干擾設計技術(即電磁相容emc)已經變得越
來越重要，這就要求電壓、電流感測器自身抗干擾能力要強。
b) 供電電源要求：±15v±5%，在實際應用中對供電電源的精度及乾淨度要求較高，否則容易引起測量輸出不准，甚至感測器發熱損壞。
c) 溫度特性要求：工作環境溫度要求-10~+70℃，隨著溫度的公升高，要求感測器的輸出受溫度的影響越小越好。
d) 線性度要求 ：不同系列電壓電流感測器的線性度是不同的，在高效能變頻器設計中採用線性度≤±0.1%線性範圍要大於測量電流的最大值。
e) 體積要求：體積越小越好，且效能穩定。
f) 響應時間要求：不同系列電壓電流感測器的響應時間是不同的，一般選用響應時間較小的感測器，如tr ≤1μs。
隨著變頻器向高電壓、大功率方向的發展，電壓檢測越來越偏重於應用霍爾或線性光耦的方法來檢測。
變頻器維修檢測常用方法
在變頻器日常維護過程中，經常遇到各種各樣的問題，如外圍線路問題，引數設定不良或機械故障。如果是變頻器出現故障，如何去判斷是哪一部分問題，在這裡略作介紹。1 靜態測試 1.1 測試整流電路 找到變頻器內部直流電源的p端和n端，將萬用表調到電阻x10檔，紅表棒接到p，黑表棒分別依到r s t，應該有大約...
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一 靜態測試 1 測試整流電路 找到變頻器內部直流電源的p端和n端，將萬用表調到電阻x10檔，紅表棒接到p，黑表棒分別依到r s t，正常時有幾十歐的阻值，且基本平衡。相反將黑表棒接到p端，紅表棒依次接到r s t，有乙個接近於無窮大的阻值。將紅表棒接到n端，重複以上步驟，都應得到相同結果。如果有以...