通用变频器检测与保护电路的设计策略探讨

国华巴彦淖尔（乌拉特中旗）风电有限公司 李 贵

在通用变频器中，电路检测是电路保护的前提工作，一般是将变频器和电动机的工作状态及时反馈给中央微型处理器，然后由微型处理器按照规定的算法程序处理各部分电路提供的控制信号和保护信号，通过这样的作用达来操控变频器和电动机。一般的检测电路主要有直流电压检测、电流检测、输出电压检测、给变频器和电动机提供电子热保护所需要的温度检测电路等，由此可见通用变频器可广泛应用在电力系统中。

通用变频器的检测和电路保护是整个电路控制系统安全运行的关键，有人将电路检测比喻成变频控制系统的眼睛和触觉，是因为电路检测在整个变频控制系统中的地位是不可替代的。只有科学开展变频器检测、加强保护电路设计才可确保变频器系统的高速、安全运行。本文将展开对变频器检测与电路保护定义的阐述，重点分析国内通用变频器检测与电路保护的设计策略。

1 变频器检测与电路保护的概念阐述

在控制系统中，变频器检测就是将变频器和电动机在工作状态中的情况及时反馈给中央处理器，随后根据提供的信息，处理器将对各部分控制额电路提供控制信号或保护信号，通过这一过程保护电路。电路保护主要是利用电路检测的方式来实现保护控制系统的目的，主要是通过直流电压检测、电流检测，输出电压检测、温度测试等方式进行检测电路，在变频器的整个控制系统中，控制系统是否能够精确反映和反馈检测的数据情况，决定了变频器控制系统的使用寿命和安全性能高低。

2 通用变频器检测具体方法

2.1 电压检测

一般情况下，可通过电压检测的方法促使通用变频器保护系统有效发挥保护目标，通用变频器电压检测是指利用高性能光耦提高检测速率来降低检测成本，该方法可广泛应用于小功率变频器。在检测高流直流电压时，主要使用分压和解压电阻的方法，以此保证直流电压信号保持低速运行。在检测直流过压保护时，可通过比较电压通过的状态和比较器对照电压获取过压信号，通过故障处理单元获取其状态。另外，光耦本身具有高灵敏度和线性度、隔离功能等特点，其中隔离功能可有效分解高压电流和线性度的融合，通过串联分流器测量电压值，由此可见该方法是一种常用的通用变频器电压检测方法。

2.2 电流检测

通用变频器的负载可将电能转化为机械能，其通过电气运动和机械旋转的有效结合实现转化，对于复杂的变频器驱动装置而言，其系统运行中电气绝缘体会被破坏，最终导致输出电流出现故障情况、电气机械负荷较大、电机运行过快、电气元件过度干扰等问题。以上这些问题也会导致通用变频器电流输出受阻，因此可通过熔断器保护功能加强电流保护，但是熔断器无法应用在意外情况下需要即刻保护、融通达时间短的元件。

2.3 转速检测

转速检测主要进行矢量控制，其可有效控制一些高能耗的电力传送系统，以此有效检测电力系统中的电机转速，电机转速常用的检测装置是测速仪器和光电编码仪器，这两种仪器测量准确度高，抗干扰因素强，可保证测量结果的可靠性和精确性。对于通用变频器而言，其输出的交流电压控制性检测是检测的主要环节，其可有效发挥电路保护的功能。一般通用变频器无速度传感器矢量控制需要进行数据计算，比如变频器输出电流的脉冲频率和宽度，其计算数据的精确性直接影响输出电压的有效性[1]。

2.4 电源相缺和故障电路检测

电源相缺和故障电路检测常应用于通用变频器输入和输出端口中电流感应程度的检测中，主要检测三相电流的平衡力度。如果电源发生缺电漏电的问题时，可通过检测三相电流感应的不平衡数值，以此检测出感应出线圈的感应电势，最终终端系统输出故障信号，工作人员通过信号来解决故障问题。

2.5 制动单元驱动电路检测

制动单元驱动电路检测主要应用在电压型变频器中，其可控制电机在减速制动过程中在直流侧产生的泵升电压，以此确保变频器可进行制动。一般需要设计制动单元驱动电路，和控制联合制动电阻连接，当电动机在发电状态时直流母线电压值超过上限阈值，电动机会输出高电平，和制动电阻的导通连接，通过制动电阻消耗直流母线电能，以此降低上限阈值。为了控制切换次数，需要采用滞环控制方法，当电动机输电状态停止时，需要切断制动电阻，一般情况下，制动电阻高于电动状态会导致直流母线电压值增高，此时将三项电压网电压波动调整，当其经过整流时，直流母线最高电压会自动发生变化。

3 通用保护电路的设计策略

3.1 加强电流传感器检测的过流保护

变频器驱动负载电动机和其他负载装置有着较大的区别，其机械电机启动过程中产生的电气和机械冲击问题是需要重点解决的问题，该问题可促使电气绝缘破坏和变频器过电流损坏，以此导致变频器出现故障。研发发现，变频驱动负载电动机启动会导致输出电流短路、电机烧毁、机械负载受阻、电机速度过快、逆变器开关不通电等情况会导致变频器产生过电流。因此可采用熔断器保护电流，熔断器可检测出过信号，经过端口处理传输到控制芯片保护端。一般情况下，过流也可自我保护，但是过流消失后就无法发挥保护作用，在通用变频器中过流是一种异常问题，因此过流的自我保护是不存在的，需要人工断电进行解决[2]。

3.2 开关管过流状态自我分析保护

一般通用变频器的开关导通压降效果和导通电流有着直接的关系，当开关管过流时，导通压降会逐渐升高，对此可通过检测开关管的导通压降变化情况，区分其截止状态，以此判断开关管的过流情况。一些开关管驱动芯片都具有以上保护功能，比如在一些特定型号的厚膜驱动电路中，各电路端口通过指定管识别开关管过流状态，以此保护电路。

3.3 过热检测和保护

通用变频器安装有散热器，散热器上有多个热敏元件，一些变频器主控板上也安装有热敏元件，将热敏元件和接光耦元件连接后，在一般情况下热敏元件是常闭触点，光耦导通输出信号此时为零。当散热片过热时热敏元件自动断开，光耦停止，输出信号逐渐增加，该信号在滤波后可自动启停驱动信号，通过控制元件转化为过热报警信号。

3.4 科学把握变频器特点和故障解决方法

在开展通用变频器检测和电路保护工作时，检测人员需要全面了解通用变频器的的基本原理、构造、特点、功能，并掌握一些关键技术，可在实际工作中更好的解决电气系统运行中的故障问题。比如，变频器可降压不可升压，且变频器不是一种调节器件，采用其进行调速会造成电能的损耗，变频器性能和质量直接关系着电气系统的运行效果，因此需要采用使用寿命长的变频器。

另外，变频器本身是一种电磁干扰器，因此工作人员需要全面掌握相关故障处理方法。变频器对供电源质量有着严格的要求，因此在故障解决过程中需要科学控制直流电压，以此恢复电力系统稳定运行需要的环境[3]。

4 通用变频器检测与保护电路的主要内容

4.1 直流测量过电流技术

日本企业已开发投运了变频器直流测量技术，其基本原理如下：通过传感器输出端输出两相电流测量信号，通过二级运算程序对一级运算的电流信号进行过滤，最终输出最后的电流信号。通过两个接收端口接收的电流可进行正反相对比，并准确判断电压正负值，如果电压正负值在标准范围内则表明三相电流值稳定，电流通过接收器的对比、运算最终输出的值为1。多谐波器下的输出端口接收的三级反相比较器输出值为0时，保护电路不会做出保护动作，但此时如电流持续输入，比较器运算输出后的信号也为0时，多谐波输出端口接收的信号会变为1。

由此可见，输出信号只有通过触发器在一定时间后才会发生变化，此时信号通过三极管处理，当双级晶体管驱动信号关闭后，可通过中央处理器来发送电流警报信号。此时就可直接通过触发器来处理各种干扰信号和尖峰电流，避免直流保护器出现错误动作，保证变频器可保持稳定运行。

4.2 变频器内部母线直流电压测量和电路保护

本文主要选择了线性光耦的电压测量和电路保护，以此直流母线电压进行测量，并通过电压和千电压保护，有效对电阻元件进行启停，对电路进行控制，并对电路信号数值进行调节，由此可见该测量作用显著。并通过电阻对直流侧母线电压进行分散和降压处理，后通过线性光耦器阻隔转化功能对直流侧母线电压进行计算和输出线性计算，最终得出具备一定功能的信号。

如果直流母线电压值高于额定值则会自动发出保护动作，自动降压，且对降压后的电压值和比较器的电压值进行对比就可直接得出电压信号，但当直流电压继续下降，则会影响欠电压也出现保护动作，最终回升到一定数值后会自动停止。此时也可通过以上方法获得欠电压信号，最终将这两种信号输送到故障处理器中通过数字显示器来显示出来，总之，直流母线侧电压数值高于标准值，此时如果将区间也设置到标准值之间，则会导致数据转换器中的检测频率发生变化，最终无法精准显示出来。

对此，需要在设计电路电压区间时要缩小区间范围数值，以此提高检测频率。如日本企业提出的电阻分压法，通过该方法测量电压保护电路是非常有效的，一般对于直流母线的电压测量需通过两侧分压电阻来完成测量任务。将直流电压通过两侧电阻进行分压操作，可通过比较器输入到端子中后进行对比，以此实现电压和欠电压保护，此时中央处理器也会发出报警信号。

此外，电阻也可通过分压器输出的分压值来，并通过电阻器分压获得不同的电压数值，最终将其发送到不同的比较器中。通过光耦阻隔、阻容滤波等方法对比较器中输出的电压数值再次进行处理，后经过反向器晶体管进行闭锁控制，以此得出最终的电压值。

4.3 变频器输出端电压值测量和电路保护

工作人员也需对变频器输出端电压值进行测量，以此有效保护电路，对于该测量一般可通过无速度传感器矢量控制方法对电压值进行测量，考虑到该电压值测量的精度要求，对此还需辅助数字光耦检测技术来测量，以此提高检测效率，确保检测结果精准。但变频器输出端三相电流和直流负极输出电压也是通过光耦和电阻器进行测量的，可有效检测出输出端三相电压值为电压脉冲值，其可有效满足光耦的兼容功能。此外，这种电压脉冲值是小电容单级性电压，也可在滤波作用下形成半波，这种变化后的半波可有效检测出逆变器交流电压峰值，后经由中央处理器的计算得出最终数值，最终有效控制变频器数值变化。

5 相关建议

了解不同类型的变频器，以此在变频器具体运行的过程汇总可有效对其故障、异常状态进行检测并及时排除故障，以此保护电路，如不了解变频器责任会导致能源浪费，无法发挥变频器的作用；科学运用变频器检测和电路保护方法，考虑到变频器系统运行要求高，供电质量要求高，对此需在检测过程中控制直流电压变化范围，以此确保电路稳定运行，为电路系统工作提供良好的环境。此外还需对电气系统进行保养、维护，及时发现故障。

综上，变频器作为一种重要的电力装置，其在电路系统稳定、安全运行中发挥着重要的作用，因此需要加强通用变频器的检测和电路保护，以此保证电流运行的控制精度。不同的检测方法可实现不同的保护功能，因此需要相关人员切实把握变频器内部元件和机械特点，以此有效解决变频器运行故障问题，有效发挥变频器的作用和价值。