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[推荐] 正弦变频器的电流检测电路

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发表于 2017-11-2 20:38:43 | |阅读模式
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电源/驱动板与主板MCU由J2、J5排线端子连接,J2端子排之前的位于电源/驱动板的部分为电流检测的前级电路,J5端子以后的位于MCU主板的部分为后级电路。但考虑电路的衔接及电路分类、信号流程分析的方便,将正弦SINE300型7.5kW变频器电流检测与保护电路,分为前置电流检测电路、电流检测模拟信号处理电路一、电流检测模拟信号处理电路二、电流检测开关量信号形成电路等四个部分,旨在分析和说明本例机型对前置电路所输出的电流检测信号,在后续电路不同的处理方法,以生成模拟或开关量的多路电流检测信号,提供MCU内部运算控制、显示、故障报警、停机保护所需的各种信号。

图1 前置电流检测电路
1、前置电流检测电路(见上图1)
前置电流检测电路,即J2/J5端子排之前、位于电源/驱动板的电流检测电路,由电流采样电阻、线性光耦合器、运放电路等组成。
本例机型的前置电路,只在U、V输出电流回路串接了R7、R60两只电流采样电阻,未采集W相电流检测信号。或者说,省去了W相的直接电流采样电路,而由采集到的U、V相电流信号,“间接合成”出W相信号。由电工-正弦交流理论可知,三相交流电具有固定的空间/电气相位关系,并相互构成电流回路,任意两意交流电中必定包含了第三相交流电的信息,在已知U、V相交流值的情况下,可由计算得出W相的交流值。
U、V相输出电流信号,在电流信号采样电阻R7、R60上转化为数十毫伏级的微弱电压信号,送入由线性光耦合器U5、U7的输入侧,经光、电隔离和放大处理后,输出差分信号再送入后级U6内部两级运算放大器构成的差分放大器,形成UI、VI电流检测信号;UI、VI电流检测信号,先送入加法器电路U6(由U6的12、13、14脚内部电路和外围元件组成),经过矢量加减,得到“合成”W相电流检测信号WI,然后UI、VI、WI等3相输出电流检测信号,经J2/J5排线端子的25、26、28脚,输入MCU主板电路。
2、电流检测模拟信号处理电路一(见图2)

图2 电流检测模拟信号处理电路一
由前置电路来的UI、VI、WI电流检测信号,分作第一路电流检测信号,输入运放电路U40内部3组放大器和外围元件组成的电压跟随器电路,缓冲后由1、7、8脚输出,经D25、D26、D27保护二极管双向钳位(3只二极管为贴片3端器件,每只内含两只二极管),RC滤除高频干扰信号后,形成0~3V以内的电压信号,输入MCU的模拟信号输入端124、125、126脚。供内部程序运算,用于在操作显示面板显示运行电流值,起动过程中检测电流变化,进行VVV/F控制等。
图1、图2都用于对检测电流信号——表现为交流电压信号——模拟信号的处理和放大,可称为模拟信号放大电路。
3、电流检测模拟信号处理电路二(见图3)
由U6输出的UI、VI、WI电流检测信号,分作第二路电流检测信号,输入由运放电路U9内部4组放大器和外围元件组成的精密全波整流器电路,整流为六波头的脉冲动直流信号电压后,经U6反相器8、9、10脚内部放大器和外围元件构成的反相器,对信号进行倒相处理,形成IUVW综合电流信号,送入后级电路。
U9的1/2/3、8/9/10、12/13/14脚内部3组放大部与外接D4、D5、D6二极管及其它元件,组成精密半波整流器电路,UI、VI、WI电流检测信号同时送入反相求各电路(U9 5、6、7内部放大器和外围元件构成),U9内部4组放大器及外围元件组成了3相全波整流器电路,若运行频率为50Hz,则U9的7脚输出整流电压为六波头的频率值为300Hz的三相电流检测信号。

图3 电流检测模拟信号处理电路二
IUIW综合电流信号,经U40(12/13/14脚内部放大器)和外围元件组成的电压跟随器处理后,输出IUVW*信号供后级电路,同时IUVW*信号,经钳位电路、RC滤波电路进行钳位保护和滤波后,送入MCU的模拟信号输入端123脚,供内部程序进行输出缺相等故障判断。该路信号虽然为模拟电压信号,但MCU对输入信号不再注意电压幅度的高低,只是据信号“波头数”的多少,判断是否有输出缺相故障发生——更注重信号的数字性质。该信号只在运行中起作用。
整流器电路因非线性元件——二极管的引入,已经不是纯粹的线性放大器了,整流二极管对输入电压极性有选择性作用,但电路仍旧利用线性放大来完成整流过程,输出信号的幅度和波形还是与输入信号幅度相关的。图3电路勉强仍可算作是模拟信号放大处理电路。电路的动、静态工作点仍有线性放大器的特点。
因MCU的最高工作电压为3.3V,所以送入MCU引脚的检测电压信号,均须由二极管钳位于3.6V以下,适应MCU对输入信号幅度的要求。检测电路正常时,其输出电压值按设计要求,是不会超出3.3V以上的,增加3V钳位与保护二极管,是考虑到检测电路故障时形成过高的电压输出等异常情况的,主要是保护MCU引脚,不受危险电压的冲击而损坏。
4、电流检测开关量信号形成电路(见图4)
由图3精密全波整流器电路输出的IUVW/IUVW*综合电流信号,分为3路,分别输入由3个迟滞电压比较器组成的故障报警信号形成电路,在过载故障发生时,向MCU输入故障报警信号。
迟滞电压比较器电路,是以LM393(内含两级开路集电极输出的电压比较器)为核心组成的输出电流检测、故障报警信号产生电路,将输入模拟信号与基准电压相比较,形成(逻辑)开关量信号输出。为适应MCU的输入电压极性要求,采用U6(74LVS14A0 内含六组反相器电路)对信号倒相处理后,再输入MCU的相关引脚。
本型机型,以U10的1/2/3脚内部电路和外围元件组成的电流报警信号形成电路,空置未用。
综合电流检测信号IUVW虽然含有U1、VI、WI等3相电流信号的信息,但电流开关量信号形成电路,对区别是哪相发生了过流故障,并无“兴趣”(其实也无法区分,也无必要区分),电路只对IUVW信号中“电压峰值”起到识别作用,只要任一相(其实势必形成两相的电流通路)发生过流,其信号电流峰值达到迟滞电压比较器的基准电压值时,输出端的电平状态即发生翻转,向MCU报出开关故障信号。


图4 电流检测开关量信号形成电路
U10的5/6/7脚内部放大器及外围元件组成的迟滞电压比较器,与U30的1/2/3脚内部放大器及外围元件组成的迟滞电压比较器,实际构成对IUVW/IVUW*(二者电压幅度是相同的)电流检测信号的梯级电压比较器电路。当IUVW电流检测信号电压幅度到达U10的5脚门限电压值1.57V时,U10的输入端7脚变为-15V低电平,经后级双向电压钳位、RC滤波和U6两级反相器电路处理为0V低电平信号,输入MCU的106脚;当电流检测信号的电压幅度继续上升时,由U30的同相输入端3脚输入的IUVW*电流检测信号,到达U30的2脚比较基准电压值的2.52V以上时,U30的输出端1脚变为高电平电压,经后续二极管钳位、RC滤波电路和反相器电路,倒相为0V的故障报警信号,输入MCU的8脚。
(试分析)由两电路的不同的门限电压设置值可看出,当变频器运行中过流程度较轻和过流时间较短时, U10发送“瞬时过流”报警信号,同时在操作显示面板给出“HOC”的故障代码警示,变频器采用较长的延时时间处理该信号,若此过流信号在延时时间以内消失,变频器继续正常运行。当轻度过流的过流时间较长,U10的向MCU发送的报警信号,即被MCU判断为“稳态过流”故障信号,同时在操作显示面板给出“SOC”故障代码提示,实施停机保护。
当变频器运行中过流程度较重(如大于1.5倍以上额定电流)时,U30向CMU发送“重度过流信号”,同时给出“SC(意为驱动故障)”报警提示,不经延时处理,即实施停机保护。
5、电流检测电路的检修方法
电流检测电路的三种状态:
1)正常的检测和故障报警状态,可称为正常工作状态。电路本身不需要进行检修。但需注意,在维修过程中,当维修中因某些原因造成动态不能满足电流检测的条件,或静态时使电路状态变化,输出故障保护信号时,须弄明白保护信号产生的来龙去脉,采用人工暂时屏蔽故障保护信号的方法,以利检修工作的进行。
2)因电路本身故障原因,检测电路失去电流检测作用和故障报警作用。这方面的可能性较低。
3)电路本身故障,使静态工作点发生变化,在上电后的待机状态,即“生成”错误的故障报警信号输出,使MCU检测到“故障信号”存在,实施故障锁定措施,变频器不能投入正常运行。这种故障发生的概率最高,所以对电流检测电路的检修,更多的是对其“误报过流故障”的故障进行修复。
“误报故障”的发生原因,一般是因电源互感器内部电路损坏、用于处理模拟和开关量信号的集成运算放大器损坏,电流检测电路的供电电压异常等。一般而言,只有电流检测电路的静态工作点正常,供电、电路元件本身全都正常,所表现出来的直流静态工作点正常,那么在工作中,对交流信号的传输和检测,就必然也是正常的。
检修要点:是根据电路的具体形式,如电压跟随器或反相放大器、同相放大器的电路形式,根据检测和比较输入端、输出端静态电压值,判断电路是否正常。
6、电流检测电路的故障实例(以正弦SINE303型7.5kW变频器电流检测与保护电路为例)
﹝故障实例1﹞变频器上电后即报SC故障,处于保护状态。看说明关于SC故障代码的说明,意为驱动电路不良或IGBT损坏导致的故障,但检测逆变电路,和驱动电路都没有问题。而且该机型驱动电路本身无IGBT故障检测功能,是不会向MCU报出SC故障的。
由以上分析,可以判断SC故障是由电流检测电路向MCU报出的。“重度过流”故障报警信号是由U30的1/2/3及后续电路向MCU报出的。
检测MCU(U1)的8脚为0V低电平,说明电流检测电路确实向MCU发送了故障报警信号。往前检测U6的1脚的电压值为接近0V的低电平。U6反相器电路的输入、输出侧不符合反相逻辑关系,判断反相器电路U6损坏。更换74LVS14A0贴片IC,故障排除。
﹝故障实例2﹞变频变频器上电后即报SC故障,处于保护状态。测MCU的8脚为0V电平,说明为电流检测电路误报故障。按U6的1、2脚→U30的1、2、3脚→U6→U9电路的反向顺序往前检查,在J2/J5排线端子的26脚测到UI电流检测信号为-5V的错误信号电压,在25端子测VI则为正确的0V。检测U5的6、7脚差分输出电压值为0V,说明U6的1、2、3脚内部电路放大器损坏,输出错误的-5V电流检测信号。
运放电路U6的型号为UF347,手头有LM324贴片IC,引脚功能与之完全一样,代换LM324后,变频器上电显示正常,试机,故障排除。

                    

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发表于 2017-11-25 14:39:12 |
乐乐乐乐小北谢谢回忆提供的资料。
发表于 2017-12-3 06:12:18 |
关于你LS祝我的机械网越办越好!
发表于 2018-1-13 04:52:30 |
我的机械网(www.mejxw.com)是中国做好的机械论坛!
发表于 2018-11-1 04:21:27 |
ring
发表于 2018-12-9 05:39:04 |
回忆
发表于 2021-12-2 09:56:59 |
没人理我,好伤心啊!
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