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变频器的内部结构
浅析交-直-交电压型变频器的内部结构
摘要：本文主要介绍了交-直-交电压型变频器的整流单元、滤波单元、逆变单元、制动单元、驱动单元串联取样电阻法
　　这种方法简单、可靠、不失真、速度快，但是有损耗，不隔离，只适用于小电流并不需要隔离的情况，多用于只有几个kVA的小容量变频器中。
　　（2）电流互感器法
　　这种方法损耗小，与主电路隔离，使用方便、灵活、便宜，但线性度较低，工作频带窄(主要用来测工频)，且有一定滞后，多用于高压大电流的场合。
2010年01月28日 作者：杨喆　田志明 来源：《中国电源博览》第107期 编辑：李远芳
图8 电流互感器
　　上图中，R为取样电阻，取样信号为:
　　Us=I2R=I1R/M
　　式中，M为互感器绕组匝数。
　　（3） 霍尔传感器法
　　它具有精度高、线性好、频带宽、响应快、过载能力强和不损失测量电路能量等优点。其原理如下图所示。
　　图9 霍尔传感器原理图
　　上图中，Ip为被测电流，这是一种磁场平衡测量方式，精度比较高，若LEM的变流比为1:M，则取得电压Us也符合式Us= IpR/M。在通用变频器中霍尔传感器已成为电流检测的主力。
　　 电压检测方法
　　电压信号检测的结果可以用于变频器输出转矩和电压控制以及过压、欠压保护信号。电压信号的检测可用电阻分压、线性光耦、电压互感器或霍尔传感器等方法。
　　（1） 电阻分压法:用电阻网络将高压进行分压，得到按比例缩小的低电压。该方法使用简单，但其精度受外界环境(主要是温度)影响较大，且不能实现隔离，如果作为模拟反馈量进行A/D转换，需要加入隔离放大器。该方法适用于低压系统。
　　（2） 电压互感器法:与电流互感器类似，只能用于检测交流电压，适用于高压系统中。
　　（3）霍尔电压传感器法:原理与霍尔电流传感器类似，如下图所示。
　　 图10 霍尔电压传感器
（4） 线性光耦法: 霍尔电压传感器具有反应速度快和精度高的特点，但是在小功率的变频器中，采用霍尔传感器的成本昂贵，而采用高性能的光耦则可降低成本。像HP公司生产的线性光耦HCNR200/201等具有很高的线性度和灵敏度，可精确地传送电压信号。图11是一个用HCNR200/201测量电压的实际电路，光耦实际上起直流变压器的作用。
图11 用HCNR200/201测量电压的实际电路
　　上图中，原边运放采用的是单电源供电的LM2904，副边运放采用精密运放OP07。在测量直流高压时，应先采用电阻分压降压，以得到一个未经隔离的低压直流信号，然后经过线性光耦隔离将其变换成与之成正比的直流电压送入A/D转换测量。另外，完全可以利用光耦的线性和隔离功能结合直接串联分流器测量电流。
　　线性光耦法是一种测量变频器交流输出电压的简单而有效的方法。高速数字光耦6N136，6N137，HCPL3120，PC900V等具有体积小、寿命长、抗干扰性强、隔离电压高、高速度、与TTL电平兼容等优点，在数据信号处理和信号传输中应用的十分广泛，可用来检测变频器交流输出电压。下图所示为一种简单实用的用线性光耦实现的变频器输出电压检测的电路。
　图12 利用光耦6N137和电阻降压电路采集逆变器
　　利用光耦6N137和电阻降压电路采集逆变器U、V、W三相输出对直流环节负极N的电压信号，这样三相信号都变为单极性SPWM电压脉冲，便于与单向光耦匹配。单极性SPWM脉冲电压经小电容滤波后便成为如下图所示的比较平滑的正弦半波信号。
　 图13 单极性SPWM脉冲电压经小电容滤波前后的电压
　　它反映了逆变器交流电压(半波)的瞬时值，然后送相应的CPU或 ASIC处理，根据需要既可以得到电压的瞬时值，也可以计算出电压的有效值。日本Sanken公司研究的电压矢量控制变频器就是利用这种电路完成对交流输出电压的测量，控制效果良好。
　　4、控制单元
　　 现代变频调速基本是用16位、32位单片机或DSP为控制核心，从而实现全数字化控制。
　　变频器中常用的控制方式
　　在交流变频器中使用的非智能控制方式有V/f协调控制、转差频率控制、矢量控制、直接转矩控制等。
　　(1) V/f控制
　　V/f控制是为了得到理想的转矩-速度特性，基于在改变电源频率进行调速的同时，又要保证电动机的磁通不变的思想而提出的，通用型变频器基本上都采用这种控制方式。
　 图14 V/f控制变频器结构
　　 V/f控制变频器结构非常简单，但是这种变频器采用开环控制方式，不能达到较高的控制性能，而且，在低频时，必须进行转矩补偿，以改变低频转矩特性。
(2) 转差频率控