一种中、高压变频调速装置电压检测电路及电压检测方法与流程

本发明涉及变频调速技术领域，具体涉及一种中、高压变频调速装置电压检测电路及电压检测方法。

背景技术：

对于中、高压变频调速装置，需要对输入电压进行实时检测，以便主控系统实现V/F控制或矢量控制算法以及电压显示；同时，中、高压变频调速装置的某些控制及保护功能，也必需要有实时准确的电压检测才能得以实现。

目前，中、高压变频调速装置输入电压检测通常是通过电磁式电压互感器进行检测，这种电压检测方式存在以下缺点：一是电压互感器体积较大，影响使用；二是电压互感器在测量中、高压变频调速装置输入电压时，由于中、高压输入电压存在谐波造成测量误差较大。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种具有良好电绝缘能力、抗干扰能力的中、高压变频调速装置电压检测电路及电压检测方法。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种中、高压变频调速装置电压检测电路，其用于生成电压检测信号至DSP主控芯片比较分析，包括：

移相变压器，用于将高电压转化为380V低压电压；

差分放大电路，用于将相电压转换为-5V～+5V交流信号；

第一电压跟随电路和第二电压跟随电路，其用于提高输入阻抗、降低输出阻抗；

反相加法电路，其包括运算放大电路和基准电压电路，其用于将将三相相电压与基准电压值进行相加，将相电压转换为直流电压检测信号。

在上述技术方案的基础上，所述移相变压器为多副边移相变压器，且带有辅助绕组。

在上述技术方案的基础上，所述移相变压器每个辅绕侧相位均与N相及一个所述差分放大电路相连。

在上述技术方案的基础上，还包括一RC滤波电路，所述RC滤波电路一端与所述第二电压跟随电路相连，另一端与所述DSP主控芯片AD采样引脚连接。

在上述技术方案的基础上，所述电压检测电路每相路中所述第一电压跟随电路一端和所述差分放大电路相连，另一端和所述反相加法电路相连；所述第二电压跟随电路一端和所述反相加法电路相连，另一端和所述滤波处理电路相连。

在上述技术方案的基础上，所述差分放大电路包括第一运算放大器、第一电阻串、第二电阻串、第一二极管、第二二极管；所述第一运算放大器同相输入端连接第二电阻串和第二二极管；还包括并联的第二电阻与第二电容，所述第二电阻与第二电容的一端接地，另一端与所述第一运算放大器相连；所述第二电阻串一端与所述第二二极管输入端相连，另一端连接移相变压器辅绕侧相电压输出端；所述第一运算放大器反相输入端连接第一电阻串和第一二极管；还包括并联的第一电阻与第一电容，且第二电阻和第二电容的另一端连接所述第一运算放大器输出端；所述第一电阻串一端与所述第一二极管输入端相连，另一端连接移相变压器辅绕侧相零线输出端。

在上述技术方案的基础上，所述第一电压跟随电路包括第二运算放大器、第三电阻和第三电容；所述第二运算放大器反相输入端连接所述第二运算放大器输出端和第三电阻；第三电阻另一端与第三电容相连，第三电容另一端接地；所述第二运算放大器同相输入端连接所述第一运算放大器输出端。

在上述技术方案的基础上，所述反相加法电路包括第三运算放大器、第三电阻串、第四电阻串、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第四电容和第五电容；所述第三运算放大器同相输入端连接第六电阻，所述第六电阻另一端接地；所述第三运算放大器反相输入端连接第四电阻串、第三电阻串、第四电阻和第四电容，第四电阻与第四电容并联，且第四电阻与第四电容另一端连接所述第三运算放大器输出端与第五电阻；所述第五电阻另一端连接第五电容，第五电容另一端接地；第四电阻串的另一端连接第三电阻，第三电阻另一端与所述第二运算放大电器的输出端相连；第三电阻串的另一端与基准相电压连接。

在上述技术方案的基础上，所述第二电压跟随电路包括第四运算放大器、第七电阻、第八电阻、第六电容和第三二极管；所述第四运算放大器反相输入端连接第七电阻与第六电容，第七电阻与第六电容并联，第七电阻与第六电容另一端连接所述第四运算放大器输出端与第八电阻；第八电阻另一端连接第三二极管及DSP主控芯片AD采样引脚；所述第四运算放大器同相输入端连接所述第五电阻和第五电容。

本发明还提供一种中、高压变频调速装置输入电压检测方法，包括以下步骤：

S1，利用带辅助绕组移相变压器将输入侧高电压变为380V电压信号；

S2，利用差分放大电路将所述380V电压信号转化为-5V～+5V交流电压信号，并经过电压跟随电路输出至反相加法电路；

S3，利用反相加法电路将所述-5V～+5V交流电压信号与基准电压值相加，使-5V～+5V交流信号转化为0～+3V直流电压检测信号，再经过电压跟随电路及滤波处理后送至DSP主控芯片AD采样引脚上；

S4，DSP主控芯片将采集的直流电压检测信号与预设的正常值进行比对，如在正常范围内，则无动作；如超出正常范围，则向变频调速装置控制端发出报警信号。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)本发明的中、高压变频调速装置电压检测电路用差分放大电路、电压跟随电路和反相加法电路代替了电压互感器，避免了使用电压互感器的传统中、高压变频调速装置输入电压检测时存在的谐波误差。

(2)本发明的中、高压变频调速装置电压检测电路使用带有辅助绕组多副边移相变压器进行变压操作，可抑制输入电压的谐波，减小测量的附加误差。

(3)本发明的中、高压变频调速装置电压检测方法无需使用电压互感器，降低了设备体积，使用安装方便。

附图说明

图1为本发明实施例中中、高压变频调速装置电压检测方法工作原理框图；

图2是本发明实施例中A相相电压采样差分放大电路与电压跟随电路原理图；

图3是本发明实施例中A相相电压采样反相加法电路与电压跟随电路原理图；

图4是本发明实施例中B相相电压采样差分放大电路与电压跟随电路原理图；

图5是本发明实施例中B相相电压采样反相加法电路与电压跟随电路原理图；

图6是本发明实施例中C相相电压采样差分放大电路与电压跟随电路原理图；

图7是本发明实施例中C相相电压采样反相加法电路与电压跟随电路原理图；

图中：1-第一电阻串，2-第二电阻串。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。

参见图1所示，本发明实施例提供一种中、高压变频调速装置电压检测电路，包括：

移相变压器，用于将高电压转化为380V低压电压；

差分放大电路，用于将相电压转换为-5V～+5V交流信号；

第一电压跟随电路和第二电压跟随电路，其用于提高输入阻抗、降低输出阻抗；

反相加法电路，其包括运算放大电路和基准电压电路，其用于将将三相相电压与基准电压值进行相加，相电压转换为直流信号。

进一步的，还可包括一RC滤波电路，所述RC滤波电路一端与所述第二电压跟随电路相连，另一端与DSP主控芯片AD采样引脚连接。可使检测信号输入主控芯片前进一步去除谐波，减小测量误差

进一步的，所述移相变压器可选为多副边移相变压器，且带有辅助绕组。这种设置可抑制输入电压的谐波，减小测量的附加误差。

进一步的，所述移相变压器每个辅绕侧相位均与N相及一个所述差分放大电路相连。

进一步的，所述电压检测电路每相路中所述第一电压跟随电路一端和所述差分放大电路相连，另一端和所述反相加法电路相连；所述第二电压跟随电路一端和所述反相加法电路相连，另一端和所述滤波处理电路相连。

图2为所述实用中、高压变频调速装输入电压检测方法的一个实施例中A相电压采样差分放大电路与电压跟随电路原理图，所述差分放大电路包括运算放大器U2A，电阻R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13、R14，电阻R21、R22、R23、R24、R25、R26、R27、R28、R29、R30，二极管D1、D3，电阻R15、R31，电容C4、C10；所述运算放大器U2A同相输入端连接电阻R30、R31、二极管D3与电容C10，二极管D3起箝位作用；电阻R30另一端与电阻R21、R22、R23、R24、R25、R26、R27、R28、R29串联，电阻R23另一端连接移相变压器辅绕侧A相输出端；电阻R31与电容C10并联，且电阻R31与电容C10的另一端接地；所述运算放大器U2A反相输入端连接电阻R14、R15、二极管D1和电容C4，二极管D1起箝位作用；电阻R14另一端与R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13串联，电阻R7另一端连接移相变压器辅绕侧N相输出端；电阻R15和电容C4并联，且电阻R15和电容C4的另一端连接所述运算放大器U2A输出端；

所述电压跟随电路包括运算放大器U2B、电阻R19、电容C8；所述运算放大器U2B反相输入端连接所述算放大器U2B输出端与电阻R19；电阻R19另一端与电容C8相连，电容C8另一端接地，电阻R19与电容C8组成RC滤波电路；所述运算放大器U2B同相输入端连接所述运算放大器U2A输出端。

图3为所述实用中、高压变频调速装输入电压检测方法的一个实施例中A相相电压采样反相加法电路与电压跟随电路原理图，所述反相加法电路包括运算放大器U1A，电阻R1、R2、R3、R16、R18、R20，电容C1、C6；所述运算放大器U1A同相输入端连接电阻R20，电阻R20另一端接地；所述运算放大器U1A反相输入端连接电阻R16、R2、R3和电容C1，电阻R3与电容C1并联，且电阻R3与电容C1另一端连接所述运算放大器U1A输出端与电阻R18，电阻R18另一端连接电容C6，电容C6另一端接地，电阻R18与电容C6组成RC滤波电路；电阻R16的另一端连接电阻R19，电阻R19另一端与所述运算放大电器U2B的输出端相连；电阻R2的另一端与电阻R1连接，电阻R1的另一端与A相基准电压连接；

所述电压跟随电路包括运算放大器U1B，电阻R4、R17，电容C2、二极管D2；所术运算放大器U1B反相输入端连接电阻R4与电容C2，电阻R4与电容C2并联，电阻R4与电容C2另一端连接所述算放大器U1B输出端与第七电阻；第七电阻另一端连接二极管D2及DSP主控芯片AD采样引脚，二极管D2起箝位作用；所述运算放大器U1B同相输入端连接电阻R18与电容C6，R18与电容C6组成RC滤波电路，电阻R18连接所述运算放大器U1A输出端。

图4为所述实用中、高压变频调速装输入电压检测方法的一个实施例中B相电压采样差分放大电路与电压跟随电路原理图，所述差分放大电路包括运算放大器U3A，电阻R32、R33、R34、R35、R36、R37、R38、R41、R42、R43，电阻R48、R49、R52、R53、R54、R55、R56、R58、R59、R60，二极管D4、D6，电阻R44、R62，电容C11、C19；所述运算放大器U3A同相输入端连接电阻R60、R62、二极管D6与电容C19，二极管D6起箝位作用；电阻R60另一端与电阻R48、R49、R52、R53、R54、R55、R56、R58、R59串联，电阻R59另一端连接移相变压器辅绕侧B相输出端；电阻R62与电容C19并联，且电阻R62与电容C19的另一端接地；所述运算放大器U3A反相输入端连接电阻R43、R44、二极管D4和电容C11，二极管D4起箝位作用；电阻R43另一端与R32、R33、R34、R35、R36、R37、R38、R41、R42串联，电阻R34另一端连接移相变压器辅绕侧N相输出端；电阻R44和电容C11并联，且电阻R44和电容C11的另一端连接所述运算放大器U3A输出端；

所述电压跟随电路包括运算放大器U3B、电阻R47、电容C16；所术运算放大器U3B反相输入端连接所述算放大器U3B输出端与电阻R47；电阻R47另一端与电容C16相连，电容C16另一端接地，电阻R47与电容C16组成RC滤波电路；所述运算放大器U3B同相输入端连接所述运算放大器U3A输出端。

图5为所述实用中、高压变频调速装输入电压检测方法的一个实施例中B相相电压采样反相加法电路与电压跟随电路原理图，所述反相加法电路包括运算放大器U4A，电阻R39、R40、R45、R50、R57、R61，电容C12、C18；所述运算放大器U4A同相输入端连接电阻R61，电阻R61另一端接地；所述运算放大器U4A反相输入端连接电阻R40、R45、R50和电容C12，电阻R45与电容C12并联，且电阻R45与电容C12另一端连接所述运算放大器U4A输出端与电阻R57，电阻R57另一端连接电容C18，电容C18另一端接地，电阻R57与电容C18组成RC滤波电路；电阻R50的另一端连接电阻R47，电阻R47另一端与所述运算放大电器U3B的输出端相连；电阻R40的另一端与电阻R39连接，电阻R39的另一端与B相基准电压连接；

所述电压跟随电路包括运算放大器U4B，电阻R46、R51，电容C14、二极管D5；所术运算放大器U4B反相输入端连接电阻R46与电容C14，电阻R46与电容C14并联，电阻R46与电容C14另一端连接所述算放大器U4B输出端与电阻R51；电阻R51另一端连接二极管D5及DSP主控芯片AD采样引脚，二极管D5起箝位作用；所述运算放大器U4B同相输入端连接电阻R57与电容C18，R57与电容C18组成RC滤波电路，电阻R57连接所述运算放大器U4A输出端。

图6为所述实用中、高压变频调速装输入电压检测方法的一个实施例中C相电压采样差分放大电路与电压跟随电路原理图，所述差分放大电路包括运算放大器U5A，电阻R63、R64、R65、R66、R67、R68、R69、R70、R71、R72，电阻R78、R79、R81、R82、R83、R84、R85、R86、R87、R88，二极管D7、D8，电阻R73、R89，电容C21、C28；所述运算放大器U5A同相输入端连接电阻R88、R89、二极管D8与电容C28，二极管D8起箝位作用；电阻R88另一端与电阻R78、R79、R81、R82、R83、R84、R85、R86、R87串联，电阻R81另一端连接移相变压器辅绕侧C相输出端；电阻R89与电容C28并联，且电阻R89与电容C28的另一端接地；所述运算放大器U5A反相输入端连接电阻R72、R73、二极管D7和电容C21，二极管D7起箝位作用；电阻R72另一端与R63、R64、R65、R66、R67、R68、R69、R70、R71串联，电阻R65另一端连接移相变压器辅绕侧N相输出端；电阻R73和电容C21并联，且电阻R73和电容C21的另一端连接所述运算放大器U5A输出端；

所述电压跟随电路包括运算放大器U5B、电阻R74、电容C23；所术运算放大器U5B反相输入端连接所述算放大器U5B输出端与电阻R74；电阻R74另一端与电容C23相连，电容C23另一端接地，电阻R74与电容C23组成RC滤波电路；所述运算放大器U5B同相输入端连接所述运算放大器U5A输出端。

图7为所述实用中、高压变频调速装输入电压检测方法的一个实施例中C相相电压采样反相加法电路与电压跟随电路原理图，所述反相加法电路包括运算放大器U6A，电阻R75、R76、R77、R90、R92、R93，电容C25、C29；所述运算放大器U6A同相输入端连接电阻R93，电阻R93另一端接地；所述运算放大器U6A反相输入端连接电阻R76、R77、R90和电容C25，电阻R77与电容C25并联，且电阻R77与电容C25另一端连接所述运算放大器U6A输出端与电阻R92，电阻R92另一端连接电容C29，电容C29另一端接地，电阻R92与电容C29组成RC滤波电路；电阻R90的另一端连接电阻R74，电阻R74另一端与所述运算放大电器U5B的输出端相连；电阻R76的另一端与电阻R75连接，电阻R75的另一端与B相基准电压连接；

所述电压跟随电路包括运算放大器U6B，电阻R80、R91，电容C26、二极管D9；所术运算放大器U6B反相输入端连接电阻R80与电容C26，电阻R80与电容C26并联，电阻R80与电容C26另一端连接所述算放大器U6B输出端与电阻R91；电阻R91另一端连接二极管D9及DSP主控芯片AD采样引脚，二极管D9起箝位作用；所述运算放大器U6B同相输入端连接电阻R92与电容C29，R92与电容C29组成RC滤波电路，电阻R92连接所述运算放大器U6A输出端。

优选的，在上述实施例中使用的运算放大器的型号为TL082ID，二极管的型号为MMBD7000LT1。

本发明还提供一种中、高压变频调速装置输入电压检测方法，包括以下步骤：

S1，利用带辅助绕组移相变压器将输入侧高电压变为380V电压信号；

S2，利用差分放大电路将所述380V电压信号转化为-5V～+5V交流电压信号，并经过电压跟随电路输出；

S3，利用反相加法电路将所述-5V～+5V交流电压信号与基准电压值相加，使-5V～+5V交流信号转化为0～+3V直流信号，再经过电压跟随电路及滤波处理后送至DSP主控芯片AD采样引脚上计算处理。

S4，DSP主控芯片将采集的直流电压检测信号与预设的正常值进行比对，如在正常范围内，则无动作；如超出正常范围，则向变频调速装置控制端发出报警信号。

本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。