一种中、高压变频调速装置瞬时过流保护电路及变频器的制作方法

本发明涉及变频调速技术领域，具体涉及一种中、高压变频调速装置瞬时过流保护电路及变频器。

背景技术：

中、高压变频调速装置运行过程中，常会因输入电压异常、负载发生突变或异常、变频调速装置功率偏小等原因出现过电流故障。中、高压变频调速装置出现过电流故障时，若不能在第一时间发现并进行处理，将会损坏中、高变频调速装置及外部设备，发生生产事故。为保护中、高压变频调速装置及外部设备，避免生产事故的发生，瞬时过流保护电路对于整个中、高压变频调速装置的安全性和稳定性有着至关重要的作用。

目前，中、高压变频调速装置的电源输出国保护措施是进行电流信号检测，当输出电流超过电流预设值或电源输出最大值时，变频调速装置的电源停止输出，起到保护电源和负载的作用。但是现有技术中电流信号检测主要有直接串联取样电阻法和电流互感器法。直接串联取样电阻法方法虽然简单、可靠、不失真、速度快，但是有损耗、不隔离，只适用于小电流并不需要隔离的情况，多用于小容量低压变频调速装置中。电流互感器法损耗小，与主电路隔离，使用方便、灵活；但也存在线性度较低，工作频带窄，且有一定滞后，多用于中、高压大电流场合。

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中、高压变频调速装置瞬时过流保护电路及变频器，能够自动检测中、高变频调速装置的瞬时过电流故障，停止中、高变频调速装置功率输出，切断高压输入，同时发出过流故障信号，保护中、高变频调速装置及外部设备，避免生产事故的发生。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种中、高压变频调速装置瞬时过流保护电路，包括：

电流采样电路，所述电流采样电路的输入端与变频调速装置输出端的A相和C相连接，用于将变频调速装置输出的A相和C相的电流信号分别转化成A相和C相的电压信号；

电压跟随电路，所述电压跟随电路的输入端与所述电流采样电路的输出端连接，所述电压跟随电路分别接收A相和C相的所述电压信号，对A相和C相的所述电压信号进行隔离保护传输；

精密整流电路，所述精密整流电路的输入端与所述电压跟随电路的输出端相连，所述精密整流电路接收所述电压跟随电路传输的所述电压信号，并将所述A相和C相的所述电压信号转化成直流电压信号；

反相放大电路，所述反向放大电路的输入端与所述精密整流电路的输出端相连，所述反向放大电路接收所述精密整流电路传输的所述直流电压信号，并将直流电压信号反向放大为检测值；

迟滞比较电路，所述迟滞比较电路的输入端与所述反相放大电路的输出端相连，所述迟滞比较电路设有基准值，将从所述反相放大电路接收的所述检测值与所述基准值做比较，并根据比较结果输出过电流保护信号；

反向输出电路，所述反向输出电路的输入端与所述迟滞比较电路的输出端相连，所述反向输出电路接收所述迟滞比较电路输出的所述过电流保护信号，并将所述过电流保护信号进行反向处理。

在上述技术方案的基础上，当所述检测值大于所述基准值时，所述迟滞比较电路输出过电流保护信号。

在上述技术方案的基础上，所述反向输出电路包括反相器和双开关二极管D183，所述反相器输入端与迟滞比较电路的输出端相连，所述反相器输出端与电阻R977连接，电阻R977同时与双开关二极管D183共公端和电容C334连接，双开关二极管D183阳极接地，双开关二极管D183阴极接+3.3V电压。

在上述技术方案的基础上，所述电流采样电路包括霍尔电流传感器，所述霍尔电流传感器的原边与所述变频调速装置输出端的A相和C相串接，所述霍尔电流传感器的副边输出所述变频调速装置输出的电流信号。

在上述技术方案的基础上，所述电压跟随电路包括A相电压跟随电路和C相电压跟随电路；

所述电压跟随电路包括第一运算放大器，所述第一运算放大器同相输入端连接第一电阻，所述第一电阻另一端连接霍尔电流传感器的A相电压或C相电压，第一电阻的两端分别对应连接第二电阻和第一电容，第二电阻和第一电容的另一端共同接地；所述第一运算放大器反相输入端连接第三电阻和第二电容，第二电容的另一端同时连接所述第一运算放大器输出端和第四电阻，第四电阻的另一端连接第三电阻的另一端。

在上述技术方案的基础上，所述精密整流电路包括A相精密整流电路和C相精密整流电路，A相精密整流电路连接A相电压跟随电路，C相精密整流电路连接C相电压跟随电路，并比较A相精密整流电路和C相精密整流电路输出的直流电压信号，将幅值较大的作为直流电压信号并输出。

在上述技术方案的基础上，精密整流电路包括第二运算放大器、第三运算放大器、第一双开关二极管、第二双开关二极管；第二运算放大器同相输入端连接第七电阻，第七电阻另一端接地；第二运算放大器反相输入端连接第五电阻、第六电阻和第一双开关二极管阳极端，第五电阻的另一端同时连接第三电容和第八电阻，第三电容的另一端接地，第八电阻的另一端连接第十电阻，第六电阻的另一端和第一双开关二极管公共端同时连接第九电阻；所述第二运算放大器的输出端连接第一双开关二极管公共端；

第三运算放大器的反相输入端连接第二双开关二极管阴极端、第十一电阻、第九电阻另一端和第十电阻另一端，第三运算放大器的同相输入端连接第十二电阻，第十二电阻另一端接地，第三运算放大器的输出端连接第二双开关二极管公共端，第十一电阻的另一端同时与第二双开关二极管阳极端、A相或C相电流输出端相连，输出A相直流电压信号或C相直流电压信号。

在上述技术方案的基础上，所述反相放大电路与迟滞比较电路包括运算放大器U108B、运算放大器U108A、双开关二极管D18和双开关二极管D246；所述运算放大器U108B的同相输入端连接电阻R2723，电阻R2723另一端接地；所述运算放大器U108B反相输入端同时连接电阻R460、电阻R17、电容C181、电容C91，电阻R460的另一端连接所述精密整流电路的输出端，电容C181的另一端接地，电容C91的另一端同时连接运算放大器U108B的输出端和电阻R179；

电阻R179和电阻R17的另一端同时连接电阻R203，运算放大器U108A反相输入端连接电阻R203的另一端与电容C179，电容C179的另一端接地；所述运算放大器U108A同相输入端同时连接电阻R342、电阻R1302和电阻R538，电阻R342另一端接地，电阻R342的两端连接电容C1的两端，电阻R1302另一端连接电阻R1391，电阻R1391的另一端接参考电压+VRef，电阻R538另一端连接双开关二极管D18的阳极端；所述运算放大器U108A输出端连接R127、电阻R126与双开关二极管D18共公端，电阻R127另一端接+15V电源，电阻R126另一端同时连接双开关二极管D18阴极、电容C18和电阻R554，电容C18的另一端接地，电阻R554另一端连接双开关二极管D246公共端，双开关二极管D246阳极接地，双开关二极管D246阴极接+3.3V电压。

一种变频器，包括主控芯片，以及如权利要求1～8任一权利要求所述的中、高压变频调速装置瞬时过流保护电路，所述主控芯片根据所述中、高压变频调速装置瞬时过流保护电路输出的过电流保护信号，停止所述中、高变频调速装置功率输出，切断高压输入。

在上述技术方案的基础上，还包括显示器，所述显示器与所述主控芯片相连，用于显示输出过电流保护故障。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)本发明的中、高压变频调速装置瞬时过流保护电路，通过电流采样电路采集变频调速装置A相和C相采样电流，并将A相和C相电流转换成A相和C相采样电压，经电压跟随电路传递给精密整流电路，电压跟随电路能够提高输入阻抗，降低输出阻抗，起到隔离保护的作用，精密整流电路将A相和C相采样电压整流成A相和C相直流电压信号，并比较出幅值较大的作为直流电压信号输送给反向放大电路，反向放大电路将直流电压信号反向放大成检测值，并与迟滞比较电路中的电压基准值比较，在检测值大于基准值时，输出过电流保护信号，能够自动检测中、高变频调速装置瞬时，并输出相应的过流故障信号。

(2)本发明中通过反相输出电路将过电流保护信号反相后输出传送给主控芯片处理，停止中、高变频调速装置功率输出，切断高压输入，停止中、高变频调速装置功率输出，切断高压输入，同时发出过流故障信号，保护中、高变频调速装置及外部设备，避免生产事故的发生。

附图说明

图1为本发明实施例中的结构框图；

图2为本发明实施例中A相电压跟随电路和A相精密整流电路的电路图；

图3为本发明实施例中C相电压跟随电路和C相精密整流电路的电路图；

图4为本发明实施例中反相放大电路和迟滞比较电路的电路图；

图5为本发明实施例中反向输出电路的电路图。

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、高压变频调速装置瞬时过流保护电路，包括：

电流采样电路，电流采样电路的输入端与变频调速装置输出端的A相和C相连接，用于将变频调速装置输出的A相和C相的电流信号分别转化成A相和C相的电压信号；

电压跟随电路，电压跟随电路的输入端与电流采样电路的输出端连接，电压跟随电路分别接收A相和C相的电压信号，对A相和C相的电压信号进行隔离保护传输；

精密整流电路，精密整流电路的输入端与电压跟随电路的输出端相连，精密整流电路接收电压跟随电路传输的电压信号，并将A相和C相的电压信号转化成直流电压信号；

反相放大电路，反向放大电路的输入端与精密整流电路的输出端相连，反向放大电路接收精密整流电路传输的直流电压信号，并将直流电压信号反向放大为检测值；

迟滞比较电路，迟滞比较电路的输入端与反相放大电路的输出端相连，迟滞比较电路设有基准值，将从反相放大电路接收的检测值与基准值做比较，并根据比较结果输出过电流保护信号；若检测值大于基准值，则输出过电流保护信号；

反向输出电路，反向输出电路的输入端与迟滞比较电路的输出端相连，反向输出电路接收迟滞比较电路输出的过电流保护信号，并将过电流保护信号进行反向处理。

电流采样电路包括霍尔电流传感器，霍尔电流传感器的原边与变频调速装置输出端的A相和C相串接，霍尔电流传感器的副边输出变频调速装置输出的电流信号。霍尔电流传感器法精度高、线性好、频带宽、响应快、过载能力强，与主电路隔离，不损失测量电路能量，因此它在中、高变频调速装置瞬时过流保护电路中的应用有助于提高系统的控制性能及可靠性。

参见图2和图3所示，电压跟随电路包括A相电压跟随电路和C相电压跟随电路，精密整流电路包括A相精密整流电路和C相精密整流电路，A相精密整流电路连接A相电压跟随电路，C相精密整流电路连接C相电压跟随电路，比较A相精密整流电路和C相精密整流电路输出的直流电压信号，将幅值较大的作为直流电压信号并输出。

参见图2所示，其中，A相电压跟随电路包括第一运算放大器U30B，第一运算放大器U30B同相输入端连接第一电阻R1432，第一电阻R1432另一端连接霍尔电流传感器的A相电压，第一电阻R1432的两端分别对应连接第二电阻R206和第一电容C90，第二电阻R206和第一电容C90的另一端共同接地；第一运算放大器U30B反相输入端连接第三电阻R1429和第二电容C74，第二电容C74的另一端同时连接第一运算放大器U30B输出端和第四电阻R1417，第四电阻R1417的另一端连接第三电阻R1429的另一端。

精密整流电路包括第二运算放大器U130B、第三运算放大器U130A、第一双开关二极管D104、第二双开关二极管D43；第二运算放大器U130B同相输入端连接第七电阻R223，第七电阻R223另一端接地；第二运算放大器U130B反相输入端连接第五电阻R420、第六电阻R419和第一双开关二极管D104阳极端，第五电阻R420的另一端同时连接第三电容C104和第八电阻R422，第三电容C104的另一端接地，第八电阻R422的另一端连接第十电阻R421，第六电阻R419的另一端和第一双开关二极管D104公共端同时连接第九电阻R446；所述第二运算放大器U130B的输出端连接第一双开关二极管D104公共端；

第三运算放大器U130A的反相输入端连接第二双开关二极管D43阴极端、第十一电阻R443、第九电阻R446另一端和第十电阻R421另一端，第三运算放大器U130A的同相输入端连接第十二电阻R224，第十二电阻R224另一端接地，第三运算放大器U130A的输出端连接第二双开关二极管D43公共端，第十一电阻R443的另一端同时与第二双开关二极管D43阳极端和IA OUT端相连，输出A相直流电压信号IA OUT。

参见图3所示，其中，C相电压跟随电路包括第一运算放大器U32B，第一运算放大器U32B同相输入端连接第一电阻R1433，第一电阻R1433另一端连接霍尔电流传感器的C相电压，第一电阻R1433的两端分别对应连接第二电阻R1382和第一电容C555，第二电阻R1382和第一电容C555的另一端共同接地；第一运算放大器U32B反相输入端连接第三电阻R1431和第二电容C554，第二电容C554的另一端同时连接第一运算放大器U32B输出端和第四电阻R1416，第四电阻R1416的另一端连接第三电阻R1431的另一端。

精密整流电路包括第二运算放大器U132B、第三运算放大器U132A、第一双开关二极管D106、第二双开关二极管D127；第二运算放大器U132B同相输入端连接第七电阻R227，第七电阻R227另一端接地；第二运算放大器U132B反相输入端连接第五电阻R428、第六电阻R427和第一双开关二极管D106阳极端，第五电阻R428的另一端同时连接第三电容C84和第八电阻R415，第三电容C84的另一端接地，第八电阻R415的另一端连接第十电阻R430，第六电阻R427的另一端和第一双开关二极管D106公共端同时连接第九电阻R448；所述第二运算放大器U132B的输出端连接第一双开关二极管D106公共端；

第三运算放大器U132A的反相输入端连接第二双开关二极管D127阴极端、第十一电阻R429、第九电阻R448另一端和第十电阻R430另一端，第三运算放大器U132A的同相输入端连接第十二电阻R228，第十二电阻R228另一端接地，第三运算放大器U132A的输出端连接第二双开关二极管D127公共端，第十一电阻R429的另一端同时与第二双开关二极管D127阳极端和IC OUT端相连，输出C相直流电压信号IC OUT。

参见图4所示，反相放大电路与迟滞比较电路包括运算放大器U108B、运算放大器U108A、双开关二极管D18和双开关二极管D246；运算放大器U108B的同相输入端连接电阻R2723，电阻R2723另一端接地；运算放大器U108B反相输入端同时连接电阻R460、电阻R17、电容C181、电容C91，电阻R460的另一端同时连接IA OUT端和IC OUT端，电容C181的另一端接地，电容C91的另一端同时连接运算放大器U108B的输出端和电阻R179；运算放大器U108接收A相直流电压信号IA OUT和C相直流电压信号IC OUT中幅值较大的作为直流电压信号。

电阻R179和电阻R17的另一端同时连接电阻R203，运算放大器U108A反相输入端连接电阻R203的另一端与电容C179，电容C179的另一端接地；运算放大器U108A同相输入端同时连接电阻R342、电阻R1302和电阻R538，电阻R342另一端接地，电阻R342的两端连接电容C1的两端，电阻R1302另一端连接电阻R1391，电阻R1391的另一端接参考电压+VRef，电阻R538另一端连接双开关二极管D18的阳极端；运算放大器U108A输出端连接R127、电阻R126与双开关二极管D18共公端，电阻R127另一端接+15V电源，电阻R126另一端同时连接双开关二极管D18阴极、电容C18和电阻R554，电容C18的另一端接地，电阻R554另一端同时连接双开关二极管D246公共端和过流保护信号输出端，双开关二极管D246阳极接地，双开关二极管D246阴极接+3.3V电压。二极管D246起箝位作用。

参见图5所示，反向输出电路包括反相器和双开关二极管D183，所述反相器输入端与过流信号输出端相连，所述反相器输出端与电阻R977连接，电阻R977同时与双开关二极管D183共公端、电容C334连接，双开关二极管D183阳极接地，双开关二极管D183阴极接+3.3V电压。二极管D183起箝位作用。

本实施例中的运算放大器U30、U32、U108的型号为TL082ID，二极管D104、D43、D106、D127、D18、D246、D183的型号为MMBD7000LT1。

参见图1至图5所示，一种变频器，包括主控芯片，显示器、以及上述的中、高压变频调速装置瞬时过流保护电路，主控芯片根据所述中、高压变频调速装置瞬时过流保护电路输出的过电流保护信号，停止所述中、高变频调速装置功率输出，切断高压输入，显示器与主控芯片相连，用于显示输出过电流保护故障，能够警示工作人员中、高压变频调速装置发生过电流故障。

工作过程如下：首先，利用霍尔电流传感器分别对中、高压变频调速装置A相与C相进行电流信号采样，经电阻取样，把电流信号转化为电压信号；

其次，利用精密整流电路将采集到的电流信号或电压信号转化为直流电压信号并适当放大；

然后，利用反相放大电路电压信号反相放大与配置好的电压基准值比较，当电压信号大于电压基准值时，输出过电流保护信号，经反相器输出至主控芯片；

再次，中、高变频调速装置主控芯片接收步骤的过流保护信号，停止中、高变频调速装置功率输出，切断高压输入；

最后，显示器HMI接收到主控板发出的过电流故障信号，显示输出过电流保护故障，同时故障指示灯亮，警示工作人员中、高压变频调速装置发生过电流故障。

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。