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正弦变频器的电流检测电路

2017-09-25 8页 doc 22KB 13阅读

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正弦变频器的电流检测电路正弦变频器的电流检测电路 1 正弦SINE300型7.5kW变频器的电流检测电路 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...
正弦变频器的电流检测电路
正弦变频器的电流检测电路 1 正弦SINE300型7.5kW变频器的电流检测电路 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 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。 -132U6 1/4LF347UR7Vc2 8out1 7out2 6Ve2 51 Vc12 in13 in24 Ve1U5A7840R43UUR211501R421501Z23C25C26R11680U05VC276801R441201R226801R191201R241002C29R301002C20UIWWVR60Vc2 8out1 7out2 6Ve2 51 Vc12 in13 in24 Ve1U7A7840R63UVR371501R341501Z24C32C34R38680V05VC406801R39R406801R411201-765U6 1/4LF347R1801002C103R61002CC103VI1201R27120126J2/J5C23R62120125J2/J5C1 06R1912002R1922002-141213U6 1/4LF347R2071002R2101201C112R2092002WI28J2/J5 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 2 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 UI-1U40 1/4LM34732R1783001D253VR361001C17R2541001C153C143R1803001126 ADCINA0 R177100326J2/J5U1/MCU引脚:-7U40 1/4LM34756R1843001D263VR941001J2/J525C22R2551001C152C22R1883001125 ADCINA1 R182100328J2/J5-8U40 1/4LM347109R1923001D27R25710013VR1911003R3061001C47C162C14R19330011 24 ADCINA2WIVI 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03V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。 3 R1292002R21920022002R217-141213U9 1/4LF347R2181002D62002R220-8109U9 1/4LF347R2111002D52002R2131001R2141001R221R2122002VI2002R712002R51-13 2U9 1/4LF347R6810022002R56D41001R52UIWI-765U9 1/4LF347R571002R662002C44R541002C38R531002-8109U6 1/4LF347R581002R731002C77R551201C145IUVWIUVW综合电流信号27J2/J5-14U40 1/4LM3471213R1831501D41R415013VR541003R3071001C48C21C60123 ADCINA3 U1/MCU引脚:IUVW 图3 电流检测模拟信号处理电路二 IUIW综合电流信号经U4012/13/14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U674LVS14A0 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。 4 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。 -756C40R91R160C7510021002R1591001R1561002C92R163105R164300131J2/J5C93 5VD37R1575101R1535101C71R985101R1185101-132C53R149105R150300136J2C93 R1515015VD36R124C4310021002R1231001R1171002C41R1258415V-15VU10 1/2LM393U10 1/2LM393Nc5VR3056801D6C1605VR3043001-132R303105C149R2985101U30 1/2LM393C148R2975101R29915013VR3021002R3006801R3011201C159R3053001U 6 8 ADCINB6 1274LVS14AOU1/MCU引脚:5VIUVWC104R2963001R23768015VU6 9874LVS14AOU1/MCU引脚:1112106 XINT1/XBIOIUVW2.52V1.57V 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 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?阏 ,?纭?缏吩 旧砣 颊 , 硐殖隼吹闹绷骶蔡 ぷ鞯阏 ,敲丛诠ぷ髦卸越涣餍藕诺拇 浜图觳饩捅厝灰彩钦 ,摹?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MCUU1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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