高压变频器及其输出电压检测电路的制作方法

1.本技术涉及变频器技术领域，特别涉及一种高压变频器及其输出电压检测电路。


背景技术：

2.高压变频器在控制电机运行过程中通常需要加速、减速，当高压变频器加速或减速运行时，在有些工况下容易触发过压、欠压故障报警，这时就需要根据高压变频器的输出电压及时调整变频器控制参数，以实现对电机的有效控制。因此，高压变频器的输出电压检测对电机控制至关重要。
3.目前，高压变频器的输出电压检测装置普遍是，先通过对高压变频器的三相单元电压进行整流滤波，然后通过电阻分压或采样电阻采样，以将三相单元电压转化为低电压信号，之后经差分电路调理后，通过光耦或传感器隔离的方式传送至后端控制芯片。但是，在现场运行中，传输导线由于受到各种高压电信号或igbt(insulated gate bipolar transistor,绝缘栅双极型晶体管)信号的干扰，仍然有传输三相单元电压信号不准确的问题，从而对高压变频器控制电机运行产生影响。


技术实现要素：

4.本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本实用新型的第一个目的在于提出一种高压变频器的输出电压检测电路，通过脉宽调制模块将电压检测值转换为可靠性和抗干扰性较高的pwm信号，并根据pwm信号的占空比得到准确的三相输出电压，从而实现准确控制电机运行。
5.本实用新型的第二个目的在于提出一种高压变频器。
6.为达上述目的，根据本实用新型第一方面实施例提出了一种高压变频器的输出电压检测电路，高压变频器包括三相输出电源，三相输出电源中的每相输出电源由多个功率单元级联组成，输出电压检测电路包括：电压检测模块，用于对三相输出电源的同一级功率单元的三相输出电压进行检测，获得电压检测值；脉宽调制模块，脉宽调制模块与电压检测模块相连，用于对电压检测值与预设的三角波信号进行比较，获得pwm信号；隔离通信模块，隔离通信模块与脉宽调制模块相连，用于对pwm信号进行隔离，并将pwm信号传输至控制芯片，以使得控制芯片根据pwm信号的占空比获得高压变频器的同一级的三相输出电压。
7.根据本实用新型实施例的高压变频器的输出电压检测电路，通过电压检测模块检测三相输出电源的同一级功率单元的三相输出电压，得到电压检测值，然后通过脉宽调制模块将电压检测值和预设的三角波信号进行比较，获得pwm信号，pwm信号的可靠性和抗干扰性较高，不易受到高压电信号或igbt开关信号的干扰，之后通过隔离通信模块将pwm信号传输至控制芯片，控制芯片根据pwm信号的占空比获得高压变频器的三相输出电压。由此，通过脉宽调制模块将电压检测值转化为可靠性和抗干扰性较高的pwm信号，pwm信号在传输过程中不会受到干扰，所以通过pwm信号的占空比得到的三相输出电压比较准确，不会对高压变频器控制电机产生影响，从而实现准确控制电机运行。
8.根据本实用新型的一个实施例，电压检测模块包括：整流滤波单元，用于对三相输出电压进行整流滤波处理，输出直流母线电压；差分调节单元，差分调节单元与整流滤波单元相连，用于对直流母线电压进行分压和差分运算处理，获得电压检测值。
9.根据本实用新型的一个实施例，整流滤波单元包括：整流桥电路，用于对三相输出电压进行整流；滤波电路，滤波电路与整流桥电路相连，用于对整流桥电路的输出电压进行滤波处理，获得直流母线电压。
10.根据本实用新型的一个实施例，滤波电路包括：第一电阻，第一电阻的一端与整流桥电路的第一输出端相连；第一电容，第一电容的一端与第一电阻的另一端相连；第二电容，第二电容的一端与第一电容的另一端相连，且第二电容的一端和第一电容的另一端具有第一节点，第一节点与三相输出电源的中性点相连；第二电阻，第二电阻的一端与第二电容的另一端相连，第二电阻的另一端与整流桥电路的第二输出端相连。
11.根据本实用新型的一个实施例，差分调节单元包括：第一分压电路，用于对直流母线电压的正母线电压进行分压处理；第二分压电路，用于对直流母线电压的负母线电压进行分压处理；差分电路，差分电路分别与第一分压电路和第二分压电路相连，用于对分压后的正母线电压和负母线电压进行差分运算，输出电压检测值。
12.根据本实用新型的一个实施例，差分电路包括：运算放大器，运算放大器的正输入端与第一分压电路相连，运算放大器的负输入端与第二分压电路相连，运算放大器的输出端与脉宽调制模块相连；第三电阻，第三电阻并联在运算放大器的正输入端与输出端之间；第三电容，第三电容与第三电阻并联；第四电阻，第四电阻的一端与运算放大器的负输入端相连，第四电阻的另一端接地；第四电容，第四电容与第四电阻并联。
13.根据本实用新型的一个实施例，第一分压电路和第二分压电路分别包括串联连接的多个分压电阻。
14.根据本实用新型的一个实施例，输出电压检测电路还包括：电源模块，用于将输入到同一级功率单元的三相交流电压转换为直流电源，以给电压检测模块、脉宽调制模块和隔离通信模块供电。
15.根据本实用新型的一个实施例，隔离通信模块包括：光纤发送单元，用于发送pwm信号；光纤接收单元，光纤接收单元与光纤发送单元之间进行光纤通信，以接收pwm信号，并将pwm信号传输给控制芯片。
16.为达上述目的，根据本实用新型第二方面实施例提出了一种高压变频器，包括：根据前述任一实施例的高压变频器的输出电压检测电路。
17.根据本实用新型实施例的高压变频器，通过采用上述的高压变频器的输出电压检测电路，通过脉宽调制模块将电压检测值转换为可靠性和抗干扰性较高的pwm信号，并根据pwm信号的占空比得到准确的三相输出电压，从而实现准确控制电机运行。
18.本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
19.图1是根据本实用新型一个实施例的高压变频器的结构示意图；
20.图2是根据本实用新型一个实施例的功率单元的电路图；
21.图3是根据本实用新型一个实施例的高压变频器的输出电压检测电路的示意图；
22.图4是根据本实用新型一个实施例的输出电压检测电路的连接示意图；
23.图5是根据本实用新型一个实施例的pwm信号的波形示意图；
24.图6是根据本实用新型另一个实施例的高压变频器的输出电压检测电路的示意图；
25.图7是根据本实用新型一个实施例的高压变频器的输出电压检测电路的电路图。
具体实施方式
26.下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
27.下面参考附图描述本实用新型实施例的高压变频器及其输出电压检测电路。
28.图1是根据本实用新型一个实施例的高压变频器的结构示意图。如图1所示，高压变频器100包括：三相输出电源，三相输出电源中的每相输出电源由多个功率单元级联组成。例如，功率单元a1、功率单元a2、
…
、功率单元an级联组成一相输出电源n1，功率单元b1、功率单元b2、
…
、功率单元bn级联组成一相输出电源n2，功率单元c1、功率单元c2、
…
、功率单元cn级联组成一相输出电源n3。每相输出电源的功率单元的个数相同，功率单元的个数可以根据实际情况进行设置，这里不做限制。三相输出电源采用星形连接，高压变频器100的输出电压由多个功率单元的输出电压串联叠波得到，从而驱动电机m运行。
29.如图2所示，每个功率单元包括三相全桥整流电路、滤波电路和h桥逆变电路。
30.三相全桥整流电路包括六个二极管d1至d6，其中，第一二极管d1的阳极与第四二极管d4的阴极相连且与移相变压器输出的三相交流电的r相相连；第二二极管d2的阳极与第五二极管d5的阴极相连且与移相变压器输出的三相交流电的s相相连；第三二极管d3的阳极与第六二极管d6的阴极相连且与移相变压器输出的三相交流电的t相相连；第一二极管d1的阴极、第二二极管d2的阴极和第三二极管d3的阴极相连，并作为三相全桥整流电路的第一输出端；第四二极管d4的阳极、第五二极管d5的阳极和第六二极管d6的阳极相连，并作为三相全桥整流电路的第二输出端。三相全桥整流电路将移相变压器输出的三相交流电整流成直流电。
31.滤波电路包括三个串联的滤波电容c以及并联在每个滤波电容的两端的滤波电阻r，滤波电路对三相全桥整流电路输出的直流电进行滤波。
32.h桥逆变电路包括四个开关管q1至q4，其中，第一开关管q1的第一端与三相全桥整流电路的第一输出端相连，第一开关管q1的第二端与第二开关管q2的第一端相连，且第一开关管q1的第二端与第二开关管q2的第一端的连接点作为h桥逆变电路的第一输出端l1，第二开关管q2的第二端与三相全桥整流电路的第二输出端相连；第三开关管q3的第一端与三相全桥整流电路的第一输出端相连，第三开关管q3的第二端与第四开关管q4的第一端相连，且第三开关管q3的第二端与第四开关管q4的第一端的连接点作为h桥逆变电路的第二输出端l2，第四开关管q4的第二端与三相全桥整流电路的第二输出端相连。第一开关管q1和第二开关管q2构成h桥逆变电路的左桥臂，第三开关管q3和第四开关管q4构成h桥逆变电
路的右桥臂。h桥逆变电路用于对滤波后的直流电进行逆变得到单相交流电。高压变频器100的同一相功率单元的h桥逆变电路级联，使得同一相输出电源的多个功率单元级联，即多个h桥逆变电路的输出端串联，每个h桥逆变电路输出的交流电在逆变侧串联得到相应桥臂输出的交流电。
33.如图1所示，高压变频器100设置有移相变压器2，例如隔离型移相变压器，通过该隔离型移相变压器对输入的三相交流电进行移相，得到相位不同的多组低压交流电，并输出至对应的功率单元，每一级的功率单元输入的低压交流电的相位相同，各功率单元对输入的低压交流电进行整流和逆变得到交流电，同一相输出电源的各功率单元输出的交流电在逆变侧串联得到相应的交流电。
34.图3是根据本实用新型一个实施例的高压变频器的输出电压检测电路的示意图。如图3所示，输出电压检测电路1包括：电压检测模块10、脉宽调制模块20和隔离通信模块30。
35.其中，电压检测模块10用于对三相输出电源的同一级功率单元的三相输出电压进行检测，获得电压检测值；脉宽调制模块20与电压检测模块10相连，用于对电压检测值与预设的三角波信号进行比较，获得pwm信号；隔离通信模块30与脉宽调制模块20相连，用于对pwm信号进行隔离，并将pwm信号传输至控制芯片，以使得控制芯片根据pwm信号的占空比获得高压变频器100的三相输出电压。
36.具体地，如图1所示，功率单元a1、b1、c1为第一级功率单元，功率单元a2、b2、c2为第二级功率单元，
……
，功率单元an、bn、cn为第n级功率单元，三相输出电源由n级功率单元组成，电压检测模块10连接在同一级功率单元的输出端，同一级功率单元可以为任意一级的功率单元，例如第一级功率单元或第n级功率单元。如图4所示，为了便于描述，本实施例的电压检测模块10连接在第一级功率单元a1、b1和c1的输出端，用于对第一级功率单元的三相输出电压进行检测，获得电压检测值。在通过电压检测模块10检测得到第一级功率单元的电压检测值后，通过脉宽调制模块20将电压检测值与预设的三角波信号进行比较，获得可靠性较高的pwm信号。
37.如图5所示，u1为较大的电压检测值，u2为较小的电压检测值，在t2前，u1的电压值大于预设的三角波的电压值，所以u1的pwm信号在t2前为高电平信号，在t2至t3，u1的电压值小于预设的三角波的电压值，所以u1的pwm信号在t2至t3时为低电平信号，在t3至t6时，u1的电压值大于预设的三角波的电压值，所以u1的pwm信号在t3至t6时为高电平信号，后面的比较方法与前边相同，此处就不再赘述了；在t1前，u2的电压值大于预设的三角波的电压值，所以u2的pwm信号在t1前为高电平信号，在t1至t4时，u2的电压值小于预设的三角波的电压值，所以u2的pwm信号在t1至t4时为低电平信号，在t4至t5时，u2的电压值大于预设的三角波的电压值，所以u2的pwm信号在t4至t5时为高电平信号，后面的比较方法与前边相同，此处就不再赘述了。由此，较大的电压检测值u1大于预设的三角波的电压值的第一时长长于较小的电压检测值u2大于预设的三角波的电压值的第二时长，所以较大的电压检测值u1的pwm信号的占空比较大，较小的电压检测值u2的pwm信号的占空比较小。因此，当电压检测值较大时，pwm信号的占空比比较大，当电压检测值较小时，pwm信号的占空比比较小，所以可以根据pwm信号的占空比确定电压检测值的大小。在获得pwm信号后，通过隔离通信模块30将pwm信号传输至控制芯片2，控制芯片2根据pwm信号的占空比可以确定电压检测值的
大小，然后根据电压检测值获得高压变频器100的三相输出电压。
38.需要说明的是，预设的三角波信号的幅值需要根据电压检测值的大小进行设置，三角波信号的最大值大于等于电压检测值的最大值，三角波信号的最小值小于等于电压检测值的最小值。
39.在上述实施例中，通过脉宽调制模块将电压检测值和预设的三角波信号进行比较，获得pwm信号，由于pwm信号的可靠性较高，不易受到高压电信号或igbt开关信号的干扰，所以通过pwm信号的占空比得到的三相输出电压比较准确，不会对高压变频器控制电机产生影响。
40.在一些实施例中，如图6所示，电压检测模块10包括：整流滤波单元11和差分调节单元12。其中，整流滤波单元11用于对三相输出电压进行整流滤波处理，输出直流母线电压；差分调节单元12与整流滤波单元11相连，用于对直流母线电压进行分压和差分运算处理，获得电压检测值。
41.具体地，通过整流滤波单元11对三相输出电压进行整流滤波处理，得到直流母线电压，例如直流母线电压大概在900v至1200v之间，因此，通过差分调节单元12先对直流母线电压进行降压处理，使得直流母线电压降低至运算放大器的工作范围内，然后进行差分运算，得到电压检测值。
42.在一些实施例中，如图7所示，整流滤波单元11包括：整流桥电路111和滤波电路112。其中，整流桥电路111用于对三相输出电压进行整流；滤波电路112与整流桥电路111相连，用于对整流桥电路111的输出电压进行滤波处理，获得直流母线电压。
43.具体地，整流桥电路111对三相输出电压进行整流，得到直流的输出电压，滤波电路112减小输出电压中的交流成分，使得输出电压更加平滑，从而获得较为稳定的直流母线电压。
44.在一些实施例中，如图7所示，整流桥电路111为三相全桥整流电路。
45.在一些实施例中，如图7所示，滤波电路112包括：第一电阻r1、第一电容c1、第二电容c2和第二电阻r2。其中，第一电阻r1的一端与整流桥电路111的第一输出端相连；第一电容c1的一端与第一电阻r1的另一端相连；第二电容c2的一端与第一电容c1的另一端相连，且第二电容c2的一端和第一电容c1的另一端具有第一节点j1，第一节点j1与三相输出电源的中性点n相连；第二电阻r2的一端与第二电容c2的另一端相连，第二电阻r2的另一端与整流桥电路111的第二输出端相连。
46.具体地，采用第一电容c1和第二电容c2对输出电压进行滤波，得到较为稳定的直流母线电压；第二电容c2的一端和第一电容c1的另一端相连，且连接至三相输出电源的中性点n相连，所以第一电容c1的一端为正母线电压，第二电容c2的另一端为负母线电压。
47.在一些实施例中，如图7所示，差分调节单元12包括：第一分压电路121、第二分压电路122和差分电路123。其中，第一分压电路121用于对直流母线电压的正母线电压进行分压处理；第二分压电路122用于对直流母线电压的负母线电压进行分压处理；差分电路123分别与第一分压电路121和第二分压电路122相连，用于对分压后的正母线电压和负母线电压进行差分运算，输出电压检测值。
48.具体地，由于直流母线电压的电压值远远超过了差分电路123的工作电压，因此，需要利用第一分压电路121和第二分压电路122分别对正母线电压和负母线电压分压，然后
通过差分电路123对分压后的正母线电压和负母线电压进行差分运算，输出电压检测值。
49.在一些实施例中，如图7所示，差分电路123包括：运算放大器op、第三电阻r3、第三电容c3、第四电阻r4和第四电容c4。其中，运算放大器op的正输入端与第一分压电路121相连，运算放大器op的负输入端与第二分压电路122相连，运算放大器op的输出端与脉宽调制模块20相连；第三电阻r3并联在运算放大器op的正输入端与输出端之间；第三电容c3与第三电阻r3并联；第四电阻r4的一端与运算放大器op的负输入端相连，第四电阻r4的另一端接地；第四电容c4与第四电阻r4并联。
50.具体地，运算放大器op的正输入端为分压后的正母线电压，运算放大器op的负输入端为分压后的负母线电压，运算放大器op的输出端为分压后的直流母线电压。第三电容c3和第四电容c4构成滤波电路，对正母线电压和负母线电压进行滤波，从而得到更加准确的比较结果。
51.在一些实施例中，如图7所示，第一分压电路121和第二分压电路122分别包括串联连接的多个分压电阻rd。
52.需要说明的是，第一分压电路121和第二分压电路122的分压电阻rd的数量相同，分压电路的数量需要根据运算放大器op的工作电压和直流母线电压决定。
53.在一些实施例中，如图6所示，输出检测电路1还包括：电源模块40，用于将输入到同一级功率单元的三相交流电压转换为直流电源，以给电压检测模块10、脉宽调制模块20和隔离通信模块30供电。
54.具体地，电源模块40中的转换电路将输入到同一级功率单元的三相交流电压转换为直流电源，给电压检测模块10中的运算放大器op供电、脉宽调制模块20和隔离通信模块30供电。
55.在该实施例中，通过电源模块将输入到功率单元的三相交流电压转换为直流电为输出检测电路中的各模块进行供电，不需要额外的电源进行供电，降低了输出电路的成本，并提高了输出检测电路的可靠性。
56.在一些实施例中，如图6所示，隔离通信模块30包括：光纤发送单元31和光纤接收单元32。其中，光纤发送单元31用于发送pwm信号；光纤接收单元32与光纤发送单元31之间进行光纤通信，以接收pwm信号，并将pwm信号传输给控制芯片。
57.也就是说，隔离通信模块30采用光纤通信方式实现电气隔离，通过光纤发送单元31发送pwm信号，通过光纤接收单元32接收pwm信号。由此，不仅具有较佳的电气隔离效果，较强的抗干扰能力，有效提高信号传输的准确性，而且相较于传统的电气隔离方式，可以有效降低设备体积。
58.综上所述，根据本实用新型实施例的高压变频器的输出电压检测电路，通过脉宽调制模块将电压检测值转化为可靠性和抗干扰性较高的pwm信号，pwm信号在传输过程中不会受到干扰，所以通过pwm信号的占空比得到的三相输出电压比较准确，并且采用光纤通信，对pwm信号的干扰较小，使得三相输出电压更加准确，不会对高压变频器控制电机产生影响，从而实现准确控制电机运行。另外，输出电压检测电路通过电源模块将输入功率单元的三相交流电压转换为直流电为电路中的各模块进行供电，无需额外的电源供电，降低了输出电路的成本，同时提高了可靠性。
59.对应上述实施例，本实用新型的实施例还提出了一种高压变频器。
60.如图7所示，高压变频器100包括：根据前述任一实施例的高压变频器100的输出电压检测电路1。
61.根据本实用新型实施例的高压变频器，通过采用上述的高压变频器的输出电压检测电路，通过脉宽调制模块将电压采样值转换为可靠性和抗干扰性较高的pwm信号，并根据pwm信号的占空比得到准确的三相输出电压，从而实现准确控制电机运行。
62.本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
63.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
64.此外，本实用新型实施例中所使用的“第一”、“第二”等术语，仅用于描述目的，而不可以理解为指示或者暗示相对重要性，或者隐含指明本实施例中所指示的技术特征数量。由此，本实用新型实施例中限定有“第一”、“第二”等术语的特征，可以明确或者隐含地表示该实施例中包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，词语“多个”的含义是至少两个或者两个及以上，例如两个、三个、四个等，除非实施例中另有明确具体的限定。
65.在本实用新型中，除非实施例中另有明确的相关规定或者限定，否则实施例中出现的术语“安装”、“相连”、“连接”和“固定”等应做广义理解，例如，连接可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体，可以理解的，也可以是机械连接、电连接等；当然，还可以是直接相连，或者通过中间媒介进行间接连接，或者可以是两个元件内部的连通，或者两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，能够根据具体的实施情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
66.尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。