专利名称：一种变频调速器的过流保护装置的制作方法
技术领域：
本发明属于变频调速器技术领域，具体涉及一种变频调速器的过流保护装置。
背景技术：
变频调速器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源转换为另一频率的电能控制装置，能实现对交流电机调速等功能。电流过大会对变频调速器内部的器件造成损坏，而且变频调速器输出的电流超过了电机能承载的最大电流，则会使电机运转不正常并造成对电机的损坏。目前的一些过流保护装置，电路结构复杂，往往不能对保护装置内部三相桥臂的六个开关管全部进行保护，当电流过大时，还会出现开关管损坏的现象，保护效果不理想。
发明内容
本发明的目的是提供一种变频调速器的过流保护装置，通过硬件设定过流保护点，有较高的保护精度和可靠性。本发明所采用的技术方案是，一种变频调速器的过流保护装置，其特征在于，包括逆变电路，逆变电路为由六个开关器件组成的三相桥式逆变电路，逆变电路上连接有用于控制该六个开关器件开关的驱动电路；逆变电路上还依次串联有采样电路、调理电路、比较电路和单片机，采样电路用于采集逆变电路三相输出的电流信号并将其转换为对应的电压信号，调理电路是将采样电路获得的三相电压信号分别对应通过第一电压跟随器、第二电压跟随器以及第三电压跟随器后，输入由六个二极管构成的三相桥式整流电路，该三相桥式整流电路的输出正电压在通过第四电压跟随器后作为第一调理输出信号UA输出，该三相桥式整流电路的输出负电压经反相比例运算电路后作为第二调理输出信号UB输出；比较电路是将第一调理输出信号 UA和第二调理输出信号UB分别对应输入两个比较器的反向输入端，将串联分压电路获得的参考电压分别输入该两个比较器的同相输入端，将该两个比较器的输出信号与单片机相连接；单片机与驱动电路相连接，单片机在第一调理输出信号UA和第二调理输出信号UB中的一个或两个大于参考电压时，通过驱动电路关闭逆变电路的输出。逆变电路为由第一 IGBT器件Si、第二 IGBT器件S2、第三IGBT器件S3、第四IGBT 器件S4、第五IGBT器件S5和第六IGBT器件S6构成，驱动电路为IGBT驱动电路，IGBT驱动电路分别与第一 IGBT器件Si、第二 IGBT器件S2、第三IGBT器件S3、第四IGBT器件S4、 第五IGBT器件S5和第六IGBT器件S6相连接；采样电路包括第一电流霍尔传感器Hl、第二霍尔传感器H2和第三霍尔传感器H3， 第一电流霍尔传感器HI、第二霍尔传感器H2和第三霍尔传感器H3分别对应安装在逆变电路的U、V和W三相交流输出端上，第一电流霍尔传感器Hl的输出端上连接有第三电阻R3， 第一电流霍尔传感器Hl的输出端向外输送第一电压信号UU，第二霍尔传感器H2的输出端上连接有第二电阻R2，第二霍尔传感器H2的输出端向外输送第二电压信号UV，第三霍尔传感器H3的输出端上连接有第一电阻R1，第三霍尔传感器H3的输出端向外输送第三电压信号UW，第一电阻Rl、第二电阻R2和第三电阻R3的另一端接地。调理电路中，第一电压跟随器、第二电压跟随器和第三电压跟随器分别对应为第一运算放大器U1、第二运算放大器U2和第三运算放大器U3，第一电压信号UU、第二电压信号UV和第三电压信号UW分别对应接入第一运算放大器Ul、第二运算放大器U2和第三运算放大器U3的同相输入端，第一运算放大器U1、第二运算放大器U2和第三运算放大器U3的反向输入端对应连接各自的输出端；三相桥式整流电路包括第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5和第六二极管D6，第一运算放大器Ul的输出端与第一二极管Dl的阳极以及第四二极管D4的阴极相连接，第二运算放大器U2的输出端与第二二极管D2的阳极以及第五二极管D5的阴极相连接，第三运算放大器U3的输出端与第三二极管D3的阳极以及第六二极管D6的阴极相连接，第一二极管D1、第二二极管D2和第三二极管D3的阴极相连接并作为该三相桥式整流电路的正电压输出端，第四二极管D4、第五二极管D5和第六二极管D6的阳极相连接并作为该三相桥式整流电路的负电压输出端；第四电压跟随器包括第四运算放大器U4，三相桥式整流电路的正电压输出端接入第四运算放大器U4的同相输入端，第四运算放大器U4的同相输入端上还连接有第四电阻 R4，第四电阻R4的另一端接地，第四运算放大器U4的反向输入端和输出端相连接，第四运算放大器U4的输出端输出第一调理输出信号UA ；反相比例运算电路包括第五运算放大器TO，三相桥式整流电路的负电压输出端并列连接有第六电阻R6和第七电阻R7，第六电阻R6的另一端并列连接有第五电阻R5和第五运算放大器TO的反相输入端，第五电阻R5的另一端与第五运算放大器TO的输出端相连接，第七电阻R7的另一端接地，所述第五运算放大器TO的同相输入端连接有第八电阻R8， 第八电阻R8的另一端接地，第五运算放大器U5的输出端输出第二调理输出信号UB0比较电路中，串联分压电路包括相连接的第十电阻RlO和第十二电阻R12，第十电阻RlO的另一端连接+5V电压，第十二电阻R12的另一端接地，第十电阻RlO和第十二电阻 R12之间作为参考电压的输出端；两个比较器分别为第六运算放大器TO和第七运算放大器U7，所述参考电压并列接入第十一电阻R11、第十三电阻R13、第六运算放大器TO的同向输入端以及第七运算放大器U7的同向输入端，第十一电阻Rll的另一端与第六运算放大器TO的输出端相连接，第一调理输出信号UA接入第六运算放大器TO的反向输入端，第十三电阻R13的另一端与第七运算放大器U7的输出端相连接，第二调理输出信号UB接入第七运算放大器U7的反向输入端，第六运算放大器TO和第七运算放大器U7的工作电压输入端均连接+5V电压、且接地端接地，第六运算放大器U6和第七运算放大器U7的输出端均接入第九电阻R9和单片机，第九电阻R9的另一端连接+5V电压。本发明的有益效果是测量精确和可靠性强，能对构成逆变器的六个开关器件进行保护；可以通过硬件设定过流保护点，当三相中任何一相电流的瞬时峰值超过了设定的过流保护点时，会立即响应，封锁变频调速器输出以保证变频调速器和电机的安全；适用于各种功率的变频调速器和电机，有较广的应用范围。
图1是本发明变频调速器的过流保护装置的电路框图；图2是本发明中的逆变电路和采样电路的电路连接图。图2是本发明中的调理电路的电路连接图；图4是本发明中的比较电路的电路连接图。其中，1.驱动电路，2.逆变电路，3.采样电路，4.调理电路，5.比较电路，6.单片机。
具体实施例方式如图1至图4所示，一种变频调速器的过流保护装置，包括逆变电路2，逆变电路2 为由六个开关器件组成的三相桥式逆变电路，逆变电路2上连接有用于控制该六个开关器件开关的驱动电路1，该逆变电路2和驱动电路1是变频调速器现有变频调速电路中的一部分。逆变电路2上还依次串联有采样电路3、调理电路4、比较电路5和单片机6。采样电路 3用于采集逆变电路2三相输出的电流信号，并将其转换为一定比例对应的电压信号。调理电路4是将采样电路3获得的三相电压信号分别对应通过第一电压跟随器、第二电压跟随器以及第三电压跟随器后，输入由六个二极管构成的三相桥式整流电路，该三相桥式整流电路的正电压输出端在通过第四电压跟随器后作为第一调理输出信号UA输出，该三相桥式整流电路的负电压输出端经反相比例运算电路后作为第二调理输出信号UB输出。比较电路5是将第一调理输出信号UA和第二调理输出信号UB分别对应输入两个比较器的反向输入端，将串联分压电路获得的参考电压分别输入该两个比较器的同相输入端，将该两个比较器的输出信号与单片机6相连接。单片机6与驱动电路1相连接，单片机6在第一调理输出信号UA和第二调理输出信号UB中的一个或两个大于参考电压时，通过驱动电路 1关闭逆变电路2的输出。其中，逆变电路2为由第一 IGBT器件Si、第二 IGBT器件S2、第三IGBT器件S3、 第四IGBT器件S4、第五IGBT器件S5和第六IGBT器件S6构成。驱动电路1为IGBT驱动电路。IGBT驱动电路分别与第一 IGBT器件Si、第二 IGBT器件S2、第三IGBT器件S3、第四 IGBT器件S4、第五IGBT器件S5和第六IGBT器件S6相连接。采样电路3包括第一电流霍尔传感器HI、第二霍尔传感器H2和第三霍尔传感器 H3，第一电流霍尔传感器HI、第二霍尔传感器H2和第三霍尔传感器H3分别对应安装在逆变电路2的U、V和W三相交流输出端上。第一电流霍尔传感器Hl的输出端上连接有第三电阻R3，第一电流霍尔传感器Hl的输出端向外输送第一电压信号UU，第二霍尔传感器H2的输出端上连接有第二电阻R2，第二霍尔传感器H2的输出端向外输送第二电压信号UV，第三霍尔传感器H3的输出端上连接有第一电阻R1，第三霍尔传感器H3的输出端向外输送第三电压信号UW，第一电阻Rl、第二电阻R2和第三电阻R3的另一端接地。调理电路4中，第一电压跟随器、第二电压跟随器和第三电压跟随器分别对应为第一运算放大器Ul、第二运算放大器U2和第三运算放大器U3。第一电压信号UU、第二电压信号UV和第三电压信号UW分别对应接入第一运算放大器Ul、第二运算放大器U2和第三运算放大器U3的同相输入端，第一运算放大器Ul、第二运算放大器U2和第三运算放大器U3 的反向输入端对应连接各自的输出端。
三相桥式整流电路包括第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5和第六二极管D6。第一运算放大器Ul的输出端与第一二极管Dl的阳极以及第四二极管D4的阴极相连接，第二运算放大器U2的输出端与第二二极管D2的阳极以及第五二极管D5的阴极相连接，第三运算放大器U3的输出端与第三二极管D3的阳极以及第六二极管D6的阴极相连接，第一二极管D1、第二二极管D2和第三二极管D3的阴极相连接并作为该三相桥式整流电路的输出正电压，、第四二极管D4、第五二极管D5和第六二极管D6的阳极相连接并作为该三相桥式整流电路的输出负电压。第四电压跟随器包括第四运算放大器U4，三相桥式整流电路的输出正电压接入第四运算放大器U4的同相输入端，第四运算放大器U4的同相输入端上还连接有第四电阻R4， 第四电阻R4的另一端接地，第四运算放大器U4的反向输入端和输出端相连接，第四运算放大器U4的输出端输出第一调理输出信号UA0反相比例运算电路包括第五运算放大器TO。三相桥式整流电路的输出负电压并列连接有第六电阻R6和第七电阻R7，第六电阻R6的另一端并列连接有第五电阻R5和第五运算放大器TO的反相输入端，第五电阻R5的另一端与第五运算放大器TO的输出端相连接，第七电阻R7的另一端接地，所述第五运算放大器TO的同相输入端连接有第八电阻R8， 第八电阻R8的另一端接地，第五运算放大器U5的输出端输出第二调理输出信号UB0比较电路5中，串联分压电路包括相连接的第十电阻RlO和第十二电阻R12，第十电阻RlO的另一端连接+5V电压，第十二电阻R12的另一端接地，第十电阻RlO和第十二电阻R12之间作为参考电压的输出端。两个比较器分别为第六运算放大器U6和第七运算放大器U7。参考电压并列接入第十一电阻R11、第十三电阻R13、第六运算放大器TO的同向输入端以及第七运算放大器U7 的同向输入端，第十一电阻Rll的另一端与第六运算放大器U6的输出端相连接，第一调理输出信号UA接入第六运算放大器U6的反向输入端，第十三电阻R13的另一端与第七运算放大器U7的输出端相连接，第二调理输出信号UB接入第七运算放大器U7的反向输入端， 第六运算放大器U6和第七运算放大器U7的工作电压输入端均连接+5V电压、且接地端接地，第六运算放大器U6和第七运算放大器U7的输出端均接入第九电阻R9和单片机6，第九电阻R9的另一端连接+5V电压。本发明在工作时，逆变电路2的U、V和W三相交流输出端连接至交流电机。三相桥式逆变电路的三相输出上分别串联了一个电流霍尔传感器，电流霍尔传感器输出的电流经过采样电阻后变换为电压信号。当变频调速器输出有电流时，该三个电流霍尔传感器输出与变频调速器输出电流成正比例关系的三相测量电流。在采样电阻已确定的前提下，经采样电阻变换的电压信号的大小与通过电流霍尔传感器电流的大小成正比。测量得到的三相电压信号再分别通过第一运算放大器U1、第二运算放大器U2和第三运算放大器U3构成的三个电压跟随器，输入到第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、 第五二极管D5和第六二极管D6构成的三相桥式整流电路。第一二极管D1、第二二极管D2 和第三二极管D3的阴极作为该三相桥式整流电路的正电压输出端，第四二极管D4、第五二极管D5和第六二极管D6的阳极作为该三相桥式整流电路的负电压输出端，再分别对应经过第四电压跟随器和将幅值为负电压转成幅值为正电压的反相比例运算电路，再输入到比较电路5。
第六运算放大器TO和第七运算放大器U7作为比较器，+5V通过第十电阻RlO和第十二电阻R12分压获得一个作为保护的参考电压输入到该两个比较器的同相输入端。调理电路4输出的电压分别与参考电压进行比较，当其电压都小于参考电压时，说明没有发生过流现象，这时第六运算放大器U6和第七运算放大器U7输出都为高，输出给单片机6的电压为+5V，这时单片机不进行过流保护操作。当调理电路4输出的两路电压有任何一路大于参考电压，即认为有过流发生，这时比较器输出有一路为0V，由于比较器输出为集电极输出，则传给单片机的电压为0V，这时单片机进行过流保护操作，通过驱动电路1封锁逆变电路2的输出。本发明通过匹配电流霍尔传感器转换出的电流对输入电流的比例系数，作为采样电阻的第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3的大小，以及第十电阻RlO和第十二电阻R12 分压得到的参考电压来设定过流保护点，通过改变上述这些电阻的值可以很容易的改变过流保护点。因此这种过流保护方法可以适用于各种功率的变频调速器和电机，有较广的应用范围。
权利要求
1.一种变频调速器的过流保护装置，其特征在于，包括逆变电路0)，所述逆变电路 (2)为由六个开关器件组成的三相桥式逆变电路，所述逆变电路( 上连接有用于控制该六个开关器件开关的驱动电路(1)；所述逆变电路⑵上还依次串联有采样电路(3)、调理电路0)、比较电路(5)和单片机(6)，所述采样电路(3)用于采集逆变电路(2)三相输出的电流信号并将其转换为对应的电压信号，所述调理电路(4)是将采样电路C3)获得的三相电压信号分别对应通过第一电压跟随器、第二电压跟随器以及第三电压跟随器后，输入由六个二极管构成的三相桥式整流电路，该三相桥式整流电路的输出正电压在通过第四电压跟随器后作为第一调理输出信号UA输出，该三相桥式整流电路的输出负电压经反相比例运算电路后作为第二调理输出信号UB输出；所述比较电路( 是将第一调理输出信号UA和第二调理输出信号UB分别对应输入两个比较器的反向输入端，将串联分压电路获得的参考电压分别输入该两个比较器的同相输入端，将该两个比较器的输出信号与单片机(6)相连接；所述单片机(6)与驱动电路(1)相连接，所述单片机(6)在第一调理输出信号UA和第二调理输出信号UB中的一个或两个大于参考电压时，通过驱动电路(1)封锁逆变电路O)的输出。
2.按照权利要求1所述的变频调速器的过流保护装置，其特征在于，所述逆变电路(2) 为由第一 IGBT器件Si、第二 IGBT器件S2、第三IGBT器件S3、第四IGBT器件S4、第五IGBT 器件S5和第六IGBT器件S6构成，所述驱动电路(1)为IGBT驱动电路，所述IGBT驱动电路分别与第一 IGBT器件Si、第二 IGBT器件S2、第三IGBT器件S3、第四IGBT器件S4、第五 IGBT器件S5和第六IGBT器件S6相连接；所述采样电路C3)包括第一电流霍尔传感器HI、第二霍尔传感器H2和第三霍尔传感器H3，所述第一电流霍尔传感器HI、第二霍尔传感器H2和第三霍尔传感器H3分别对应安装在逆变电路⑵的U、V和W三相交流输出端上，所述第一电流霍尔传感器Hl的输出端上连接有第三电阻R3，所述第一电流霍尔传感器Hl的输出端向外输送第一电压信号UU，所述第二霍尔传感器H2的输出端上连接有第二电阻R2，所述第二霍尔传感器H2的输出端向外输送第二电压信号UV，所述第三霍尔传感器H3的输出端上连接有第一电阻Rl，所述第三霍尔传感器H3的输出端向外输送第三电压信号UW，所述第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3的另一端接地。
3.按照权利要求2所述的变频调速器的过流保护装置，其特征在于，所述调理电路(4) 中，所述第一电压跟随器、第二电压跟随器和第三电压跟随器分别对应为第一运算放大器 Ul、第二运算放大器U2和第三运算放大器U3，所述第一电压信号UU、第二电压信号UV和第三电压信号UW分别对应接入第一运算放大器Ul、第二运算放大器U2和第三运算放大器U3 的同相输入端，所述第一运算放大器Ul、第二运算放大器U2和第三运算放大器U3的反向输入端对应连接各自的输出端；所述三相桥式整流电路包括第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5和第六二极管D6，所述第一运算放大器Ul的输出端与第一二极管Dl 的阳极以及第四二极管D4的阴极相连接，所述第二运算放大器U2的输出端与第二二极管 D2的阳极以及第五二极管D5的阴极相连接，所述第三运算放大器U3的输出端与第三二极管D3的阳极以及第六二极管D6的阴极相连接，所述第一二极管D1、第二二极管D2和第三二极管D3的阴极相连接并作为该三相桥式整流电路的正电压输出端，所述第四二极管D4、第五二极管D5和第六二极管D6的阳极相连接并作为该三相桥式整流电路的负电压输出端；所述第四电压跟随器包括第四运算放大器U4，所述三相桥式整流电路的正电压输出端接入第四运算放大器U4的同相输入端，所述第四运算放大器U4的同相输入端上还连接有第四电阻R4，所述第四电阻R4的另一端接地，所述第四运算放大器U4的反向输入端和输出端相连接，所述第四运算放大器U4的输出端输出第一调理输出信号UA ；所述反相比例运算电路包括第五运算放大器U5，所述三相桥式整流电路的负电压输出端并列连接有第六电阻R6和第七电阻R7，所述第六电阻R6的另一端并列连接有第五电阻 R5和第五运算放大器TO的反相输入端，所述第五电阻R5的另一端与第五运算放大器TO的输出端相连接，所述第七电阻R7的另一端接地，所述第五运算放大器TO的同相输入端连接有第八电阻R8，所述第八电阻R8的另一端接地，所述第五运算放大器TO的输出端输出第二调理输出信号UB。
4.按照权利要求3所述的变频调速器的过流保护装置，其特征在于，所述比较电路(5) 中，所述串联分压电路包括相连接的第十电阻RlO和第十二电阻R12，所述第十电阻RlO的另一端连接+5V电压，所述第十二电阻R12的另一端接地，所述第十电阻RlO和第十二电阻 R12之间作为参考电压的输出端；所述两个比较器分别为第六运算放大器U6和第七运算放大器U7，所述参考电压并列接入第十一电阻R11、第十三电阻R13、第六运算放大器TO的同向输入端以及第七运算放大器U7的同向输入端，所述第十一电阻Rll的另一端与第六运算放大器TO的输出端相连接， 所述第一调理输出信号UA接入第六运算放大器U6的反向输入端，所述第十三电阻R13的另一端与第七运算放大器U7的输出端相连接，所述第二调理输出信号UB接入第七运算放大器U7的反向输入端，所述第六运算放大器TO和第七运算放大器U7的工作电压输入端均连接+5V电压、且接地端接地，所述第六运算放大器TO和第七运算放大器U7的输出端均接入第九电阻R9和单片机(6)，所述第九电阻R9的另一端连接+5V电压。
全文摘要
本发明公开了一种变频调速器的过流保护装置，包括逆变电路，逆变电路上连接有驱动电路，逆变电路上还依次串联有采样电路、调理电路、比较电路和单片机，采样电路用于采集逆变电路三相输出的电压信号，调理电路输出为第一调理输出信号UA和第二调理输出信号UB，比较电路是将该上述信号分别对应输入两个比较器的反向输入端，将串联分压电路获得的参考电压分别输入该两个比较器的同相输入端，将该两个比较器的输出信号与单片机相连接；单片机与驱动电路相连接，单片机在第一调理输出信号UA和第二调理输出信号UB中的一个或两个大于参考电压时，通过驱动电路关闭逆变电路的输出。本发明通过硬件设定过流保护点，有较高的精度和可靠性。
文档编号H02H7/10GK102545161SQ20121002808
公开日2012年7月4日 申请日期2012年2月9日 优先权日2012年2月9日
发明者尹忠刚, 张瑞峰, 钟彦儒 申请人:西安理工大学