國華巴彥淖爾（烏拉特中旗）風(fēng)電有限公司 李 貴

在通用變頻器中，電路檢測是電路保護(hù)的前提工作，一般是將變頻器和電動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)及時(shí)反饋給中央微型處理器，然后由微型處理器按照規(guī)定的算法程序處理各部分電路提供的控制信號(hào)和保護(hù)信號(hào)，通過這樣的作用達(dá)來操控變頻器和電動(dòng)機(jī)。一般的檢測電路主要有直流電壓檢測、電流檢測、輸出電壓檢測、給變頻器和電動(dòng)機(jī)提供電子熱保護(hù)所需要的溫度檢測電路等，由此可見通用變頻器可廣泛應(yīng)用在電力系統(tǒng)中。

通用變頻器的檢測和電路保護(hù)是整個(gè)電路控制系統(tǒng)安全運(yùn)行的關(guān)鍵，有人將電路檢測比喻成變頻控制系統(tǒng)的眼睛和觸覺，是因?yàn)殡娐窓z測在整個(gè)變頻控制系統(tǒng)中的地位是不可替代的。只有科學(xué)開展變頻器檢測、加強(qiáng)保護(hù)電路設(shè)計(jì)才可確保變頻器系統(tǒng)的高速、安全運(yùn)行。本文將展開對(duì)變頻器檢測與電路保護(hù)定義的闡述，重點(diǎn)分析國內(nèi)通用變頻器檢測與電路保護(hù)的設(shè)計(jì)策略。

1 變頻器檢測與電路保護(hù)的概念闡述

在控制系統(tǒng)中，變頻器檢測就是將變頻器和電動(dòng)機(jī)在工作狀態(tài)中的情況及時(shí)反饋給中央處理器，隨后根據(jù)提供的信息，處理器將對(duì)各部分控制額電路提供控制信號(hào)或保護(hù)信號(hào)，通過這一過程保護(hù)電路。電路保護(hù)主要是利用電路檢測的方式來實(shí)現(xiàn)保護(hù)控制系統(tǒng)的目的，主要是通過直流電壓檢測、電流檢測，輸出電壓檢測、溫度測試等方式進(jìn)行檢測電路，在變頻器的整個(gè)控制系統(tǒng)中，控制系統(tǒng)是否能夠精確反映和反饋檢測的數(shù)據(jù)情況，決定了變頻器控制系統(tǒng)的使用壽命和安全性能高低。

2 通用變頻器檢測具體方法

2.1 電壓檢測

一般情況下，可通過電壓檢測的方法促使通用變頻器保護(hù)系統(tǒng)有效發(fā)揮保護(hù)目標(biāo)，通用變頻器電壓檢測是指利用高性能光耦提高檢測速率來降低檢測成本，該方法可廣泛應(yīng)用于小功率變頻器。在檢測高流直流電壓時(shí)，主要使用分壓和解壓電阻的方法，以此保證直流電壓信號(hào)保持低速運(yùn)行。在檢測直流過壓保護(hù)時(shí)，可通過比較電壓通過的狀態(tài)和比較器對(duì)照電壓獲取過壓信號(hào)，通過故障處理單元獲取其狀態(tài)。另外，光耦本身具有高靈敏度和線性度、隔離功能等特點(diǎn)，其中隔離功能可有效分解高壓電流和線性度的融合，通過串聯(lián)分流器測量電壓值，由此可見該方法是一種常用的通用變頻器電壓檢測方法。

2.2 電流檢測

通用變頻器的負(fù)載可將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，其通過電氣運(yùn)動(dòng)和機(jī)械旋轉(zhuǎn)的有效結(jié)合實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化，對(duì)于復(fù)雜的變頻器驅(qū)動(dòng)裝置而言，其系統(tǒng)運(yùn)行中電氣絕緣體會(huì)被破壞，最終導(dǎo)致輸出電流出現(xiàn)故障情況、電氣機(jī)械負(fù)荷較大、電機(jī)運(yùn)行過快、電氣元件過度干擾等問題。以上這些問題也會(huì)導(dǎo)致通用變頻器電流輸出受阻，因此可通過熔斷器保護(hù)功能加強(qiáng)電流保護(hù)，但是熔斷器無法應(yīng)用在意外情況下需要即刻保護(hù)、融通達(dá)時(shí)間短的元件。

2.3 轉(zhuǎn)速檢測

轉(zhuǎn)速檢測主要進(jìn)行矢量控制，其可有效控制一些高能耗的電力傳送系統(tǒng)，以此有效檢測電力系統(tǒng)中的電機(jī)轉(zhuǎn)速，電機(jī)轉(zhuǎn)速常用的檢測裝置是測速儀器和光電編碼儀器，這兩種儀器測量準(zhǔn)確度高，抗干擾因素強(qiáng)，可保證測量結(jié)果的可靠性和精確性。對(duì)于通用變頻器而言，其輸出的交流電壓控制性檢測是檢測的主要環(huán)節(jié)，其可有效發(fā)揮電路保護(hù)的功能。一般通用變頻器無速度傳感器矢量控制需要進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算，比如變頻器輸出電流的脈沖頻率和寬度，其計(jì)算數(shù)據(jù)的精確性直接影響輸出電壓的有效性[1]。

2.4 電源相缺和故障電路檢測

電源相缺和故障電路檢測常應(yīng)用于通用變頻器輸入和輸出端口中電流感應(yīng)程度的檢測中，主要檢測三相電流的平衡力度。如果電源發(fā)生缺電漏電的問題時(shí)，可通過檢測三相電流感應(yīng)的不平衡數(shù)值，以此檢測出感應(yīng)出線圈的感應(yīng)電勢，最終終端系統(tǒng)輸出故障信號(hào)，工作人員通過信號(hào)來解決故障問題。

2.5 制動(dòng)單元驅(qū)動(dòng)電路檢測

制動(dòng)單元驅(qū)動(dòng)電路檢測主要應(yīng)用在電壓型變頻器中，其可控制電機(jī)在減速制動(dòng)過程中在直流側(cè)產(chǎn)生的泵升電壓，以此確保變頻器可進(jìn)行制動(dòng)。一般需要設(shè)計(jì)制動(dòng)單元驅(qū)動(dòng)電路，和控制聯(lián)合制動(dòng)電阻連接，當(dāng)電動(dòng)機(jī)在發(fā)電狀態(tài)時(shí)直流母線電壓值超過上限閾值，電動(dòng)機(jī)會(huì)輸出高電平，和制動(dòng)電阻的導(dǎo)通連接，通過制動(dòng)電阻消耗直流母線電能，以此降低上限閾值。為了控制切換次數(shù)，需要采用滯環(huán)控制方法，當(dāng)電動(dòng)機(jī)輸電狀態(tài)停止時(shí)，需要切斷制動(dòng)電阻，一般情況下，制動(dòng)電阻高于電動(dòng)狀態(tài)會(huì)導(dǎo)致直流母線電壓值增高，此時(shí)將三項(xiàng)電壓網(wǎng)電壓波動(dòng)調(diào)整，當(dāng)其經(jīng)過整流時(shí)，直流母線最高電壓會(huì)自動(dòng)發(fā)生變化。

3 通用保護(hù)電路的設(shè)計(jì)策略

3.1 加強(qiáng)電流傳感器檢測的過流保護(hù)

變頻器驅(qū)動(dòng)負(fù)載電動(dòng)機(jī)和其他負(fù)載裝置有著較大的區(qū)別，其機(jī)械電機(jī)啟動(dòng)過程中產(chǎn)生的電氣和機(jī)械沖擊問題是需要重點(diǎn)解決的問題，該問題可促使電氣絕緣破壞和變頻器過電流損壞，以此導(dǎo)致變頻器出現(xiàn)故障。研發(fā)發(fā)現(xiàn)，變頻驅(qū)動(dòng)負(fù)載電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)會(huì)導(dǎo)致輸出電流短路、電機(jī)燒毀、機(jī)械負(fù)載受阻、電機(jī)速度過快、逆變器開關(guān)不通電等情況會(huì)導(dǎo)致變頻器產(chǎn)生過電流。因此可采用熔斷器保護(hù)電流，熔斷器可檢測出過信號(hào)，經(jīng)過端口處理傳輸?shù)娇刂菩酒Ｗo(hù)端。一般情況下，過流也可自我保護(hù)，但是過流消失后就無法發(fā)揮保護(hù)作用，在通用變頻器中過流是一種異常問題，因此過流的自我保護(hù)是不存在的，需要人工斷電進(jìn)行解決[2]。

3.2 開關(guān)管過流狀態(tài)自我分析保護(hù)

一般通用變頻器的開關(guān)導(dǎo)通壓降效果和導(dǎo)通電流有著直接的關(guān)系，當(dāng)開關(guān)管過流時(shí)，導(dǎo)通壓降會(huì)逐漸升高，對(duì)此可通過檢測開關(guān)管的導(dǎo)通壓降變化情況，區(qū)分其截止?fàn)顟B(tài)，以此判斷開關(guān)管的過流情況。一些開關(guān)管驅(qū)動(dòng)芯片都具有以上保護(hù)功能，比如在一些特定型號(hào)的厚膜驅(qū)動(dòng)電路中，各電路端口通過指定管識(shí)別開關(guān)管過流狀態(tài)，以此保護(hù)電路。

3.3 過熱檢測和保護(hù)

通用變頻器安裝有散熱器，散熱器上有多個(gè)熱敏元件，一些變頻器主控板上也安裝有熱敏元件，將熱敏元件和接光耦元件連接后，在一般情況下熱敏元件是常閉觸點(diǎn)，光耦導(dǎo)通輸出信號(hào)此時(shí)為零。當(dāng)散熱片過熱時(shí)熱敏元件自動(dòng)斷開，光耦停止，輸出信號(hào)逐漸增加，該信號(hào)在濾波后可自動(dòng)啟停驅(qū)動(dòng)信號(hào)，通過控制元件轉(zhuǎn)化為過熱報(bào)警信號(hào)。

3.4 科學(xué)把握變頻器特點(diǎn)和故障解決方法

在開展通用變頻器檢測和電路保護(hù)工作時(shí)，檢測人員需要全面了解通用變頻器的的基本原理、構(gòu)造、特點(diǎn)、功能，并掌握一些關(guān)鍵技術(shù)，可在實(shí)際工作中更好的解決電氣系統(tǒng)運(yùn)行中的故障問題。比如，變頻器可降壓不可升壓，且變頻器不是一種調(diào)節(jié)器件，采用其進(jìn)行調(diào)速會(huì)造成電能的損耗，變頻器性能和質(zhì)量直接關(guān)系著電氣系統(tǒng)的運(yùn)行效果，因此需要采用使用壽命長的變頻器。

另外，變頻器本身是一種電磁干擾器，因此工作人員需要全面掌握相關(guān)故障處理方法。變頻器對(duì)供電源質(zhì)量有著嚴(yán)格的要求，因此在故障解決過程中需要科學(xué)控制直流電壓，以此恢復(fù)電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行需要的環(huán)境[3]。

4 通用變頻器檢測與保護(hù)電路的主要內(nèi)容

4.1 直流測量過電流技術(shù)

日本企業(yè)已開發(fā)投運(yùn)了變頻器直流測量技術(shù)，其基本原理如下：通過傳感器輸出端輸出兩相電流測量信號(hào)，通過二級(jí)運(yùn)算程序?qū)σ患?jí)運(yùn)算的電流信號(hào)進(jìn)行過濾，最終輸出最后的電流信號(hào)。通過兩個(gè)接收端口接收的電流可進(jìn)行正反相對(duì)比，并準(zhǔn)確判斷電壓正負(fù)值，如果電壓正負(fù)值在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)則表明三相電流值穩(wěn)定，電流通過接收器的對(duì)比、運(yùn)算最終輸出的值為1。多諧波器下的輸出端口接收的三級(jí)反相比較器輸出值為0時(shí)，保護(hù)電路不會(huì)做出保護(hù)動(dòng)作，但此時(shí)如電流持續(xù)輸入，比較器運(yùn)算輸出后的信號(hào)也為0時(shí)，多諧波輸出端口接收的信號(hào)會(huì)變?yōu)?。

由此可見，輸出信號(hào)只有通過觸發(fā)器在一定時(shí)間后才會(huì)發(fā)生變化，此時(shí)信號(hào)通過三極管處理，當(dāng)雙級(jí)晶體管驅(qū)動(dòng)信號(hào)關(guān)閉后，可通過中央處理器來發(fā)送電流警報(bào)信號(hào)。此時(shí)就可直接通過觸發(fā)器來處理各種干擾信號(hào)和尖峰電流，避免直流保護(hù)器出現(xiàn)錯(cuò)誤動(dòng)作，保證變頻器可保持穩(wěn)定運(yùn)行。

4.2 變頻器內(nèi)部母線直流電壓測量和電路保護(hù)

本文主要選擇了線性光耦的電壓測量和電路保護(hù)，以此直流母線電壓進(jìn)行測量，并通過電壓和千電壓保護(hù)，有效對(duì)電阻元件進(jìn)行啟停，對(duì)電路進(jìn)行控制，并對(duì)電路信號(hào)數(shù)值進(jìn)行調(diào)節(jié)，由此可見該測量作用顯著。并通過電阻對(duì)直流側(cè)母線電壓進(jìn)行分散和降壓處理，后通過線性光耦器阻隔轉(zhuǎn)化功能對(duì)直流側(cè)母線電壓進(jìn)行計(jì)算和輸出線性計(jì)算，最終得出具備一定功能的信號(hào)。

如果直流母線電壓值高于額定值則會(huì)自動(dòng)發(fā)出保護(hù)動(dòng)作，自動(dòng)降壓，且對(duì)降壓后的電壓值和比較器的電壓值進(jìn)行對(duì)比就可直接得出電壓信號(hào)，但當(dāng)直流電壓繼續(xù)下降，則會(huì)影響欠電壓也出現(xiàn)保護(hù)動(dòng)作，最終回升到一定數(shù)值后會(huì)自動(dòng)停止。此時(shí)也可通過以上方法獲得欠電壓信號(hào)，最終將這兩種信號(hào)輸送到故障處理器中通過數(shù)字顯示器來顯示出來，總之，直流母線側(cè)電壓數(shù)值高于標(biāo)準(zhǔn)值，此時(shí)如果將區(qū)間也設(shè)置到標(biāo)準(zhǔn)值之間，則會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器中的檢測頻率發(fā)生變化，最終無法精準(zhǔn)顯示出來。

對(duì)此，需要在設(shè)計(jì)電路電壓區(qū)間時(shí)要縮小區(qū)間范圍數(shù)值，以此提高檢測頻率。如日本企業(yè)提出的電阻分壓法，通過該方法測量電壓保護(hù)電路是非常有效的，一般對(duì)于直流母線的電壓測量需通過兩側(cè)分壓電阻來完成測量任務(wù)。將直流電壓通過兩側(cè)電阻進(jìn)行分壓操作，可通過比較器輸入到端子中后進(jìn)行對(duì)比，以此實(shí)現(xiàn)電壓和欠電壓保護(hù)，此時(shí)中央處理器也會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

此外，電阻也可通過分壓器輸出的分壓值來，并通過電阻器分壓獲得不同的電壓數(shù)值，最終將其發(fā)送到不同的比較器中。通過光耦阻隔、阻容濾波等方法對(duì)比較器中輸出的電壓數(shù)值再次進(jìn)行處理，后經(jīng)過反向器晶體管進(jìn)行閉鎖控制，以此得出最終的電壓值。

4.3 變頻器輸出端電壓值測量和電路保護(hù)

工作人員也需對(duì)變頻器輸出端電壓值進(jìn)行測量，以此有效保護(hù)電路，對(duì)于該測量一般可通過無速度傳感器矢量控制方法對(duì)電壓值進(jìn)行測量，考慮到該電壓值測量的精度要求，對(duì)此還需輔助數(shù)字光耦檢測技術(shù)來測量，以此提高檢測效率，確保檢測結(jié)果精準(zhǔn)。但變頻器輸出端三相電流和直流負(fù)極輸出電壓也是通過光耦和電阻器進(jìn)行測量的，可有效檢測出輸出端三相電壓值為電壓脈沖值，其可有效滿足光耦的兼容功能。此外，這種電壓脈沖值是小電容單級(jí)性電壓，也可在濾波作用下形成半波，這種變化后的半波可有效檢測出逆變器交流電壓峰值，后經(jīng)由中央處理器的計(jì)算得出最終數(shù)值，最終有效控制變頻器數(shù)值變化。

5 相關(guān)建議

了解不同類型的變頻器，以此在變頻器具體運(yùn)行的過程匯總可有效對(duì)其故障、異常狀態(tài)進(jìn)行檢測并及時(shí)排除故障，以此保護(hù)電路，如不了解變頻器責(zé)任會(huì)導(dǎo)致能源浪費(fèi)，無法發(fā)揮變頻器的作用；科學(xué)運(yùn)用變頻器檢測和電路保護(hù)方法，考慮到變頻器系統(tǒng)運(yùn)行要求高，供電質(zhì)量要求高，對(duì)此需在檢測過程中控制直流電壓變化范圍，以此確保電路穩(wěn)定運(yùn)行，為電路系統(tǒng)工作提供良好的環(huán)境。此外還需對(duì)電氣系統(tǒng)進(jìn)行保養(yǎng)、維護(hù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障。

綜上，變頻器作為一種重要的電力裝置，其在電路系統(tǒng)穩(wěn)定、安全運(yùn)行中發(fā)揮著重要的作用，因此需要加強(qiáng)通用變頻器的檢測和電路保護(hù)，以此保證電流運(yùn)行的控制精度。不同的檢測方法可實(shí)現(xiàn)不同的保護(hù)功能，因此需要相關(guān)人員切實(shí)把握變頻器內(nèi)部元件和機(jī)械特點(diǎn)，以此有效解決變頻器運(yùn)行故障問題，有效發(fā)揮變頻器的作用和價(jià)值。