变频器及电流传感器的应用

变频器及电流传感器的应用什么是变频器

变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。我们现在使用的变频器主要是采用交流直流交流方式（VVVF变频或矢量控制变频），先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。变频器的电路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制4个部分组成。整流部分为三相桥式不可控整流器，逆变部分为IGBT三相桥式逆变频，且输出为PWM波形，中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率。变频器的应用调速变频器主要应用于交流电动机（异步电机或同步电机）转速的调节，是公认的交流电动机最理想、最有前途的调速方案。节能应用变频调速，可以大大提高电机转速的控制精度，使电机在最切能的转速下运行。应用行业工业锅炉工业窑炉各种电动机风机泵压缩机气体分离设备汽车变频器的分类根据变流环节不同分类：交-直-交变频器：先将频率固定的交流电整流成直流电，再把直流电逆变成频率任意可调的三相交流电。交-交变频器：把频率固定的交流电直接转换成频率任意可调的交流电（转换前后的相数相同）。根据直流电路的储能环节（滤波方式）分类：电压型变频器：其储能元件为电容器。中、小容量变频器以电压型变频器为主。

电流型变频器：其储能元件为电感线圈。根据电压的调制方式分类：

脉宽调制（PWM）变频器：电压的大小是通过调节脉冲占空比来实现的。中、小容量的通用变频器几乎全都采用此类变频器。

脉幅调制（PAM）变频器：电压的大小是通过调节直流电压幅值来实现的。变频器的分类根据输入电源的相数分类：三进三出变频器：变频器的输入侧和输出侧都是三相交流电。绝大多数变频器都属此类。单进三出变频器：变频器的输入侧为单相交流电，输出侧是三相交流电。家用电器里的变频器均属此类，通常容量较小。变频器产品应用分类低压变频器：(110V，220V，380V)中压变频器：(500V，660V，1140V)高压变频器：(3KV，3.3KV，6KV，6.6KV，10KV）工作原理电动机的基本特性：电动机是将电能转化为机械能的主要电气设备。电动机的主要参数有：电流、转速、转矩；电压、功率。电动机的转速方程是：N=60*f*(1-s)/p

N：电动机的转速； f：定子电源频率；

P：极对数； S：转差率；电动机的调速方案：

1、改变电源频率f； ——通过变频器实现。2、改变极对数p； ——变极电动机。3、改变转差率s； ——转子绕线电动机。工作原理变频器的基本特性：变频器是将固定频率、电压的电源，变成频率、电压可变的电源变换装置。电动机调速时，如果仅改变频率而不改变电压，电动机的磁通将饱和，导致电动机电流增大，电动机发热严重，甚至烧毁。变频器驱动电动机时，电压、频率要同时有规律的变化。变频器是电力电子技术，计算机技术、控制技术高速发展的结果。计算机技术：专用电动机控制芯片；DSP，单片机等；控制技术：矢量控制、参数自适应、PWM技术、无传感器速度辨识等；电力电子器件：晶闸管、功率场效应管（MOSFET）、IGBT、IPM、PIM等。IGBT：绝缘栅双极晶体管；——大功率变频器使用；

IPM；智能功率模块；——中等功率变频器使用；

PIM：功率集成模块；——小功率变频器使用；工作原理变频器的主回路构成：主回路的电路构成：电源输入—整流桥—启动电阻—母线电容——逆变桥——电源输出。制动单元。变频器的控制回路构成：控制回路的电路构成：键盘板——控制板——接口板——驱动板——电源板——保护板等。电流检测的常见方法电流互感器初次级绕组通过铁芯进行电磁耦合，初次级电流比与匝比相同。用于测量40-20kHz的正弦波电流。缺点：不能用于有直流分量场合分流器无法隔离根据直流电流通过电阻时在电阻两端产生电压霍尔器件光耦霍尔电流传感器霍尔效应在外磁场中的载流导体会在与电流和外磁场垂直的方向上出现电荷分离而产生电势差，这种现象称为霍尔效应。霍尔器件优点:结构牢固，体积小，重量轻，寿命长，安装方便，功耗小，频率高（可达1MHZ），耐震动，不怕灰尘、油污、水汽及盐雾等的污染或腐蚀。霍尔电流传感器的特点是可以实现电流的“无电位”检测。霍尔线性器件的精度高、线性度好；霍尔开关器件无触点、无磨损、输出波形清晰、无抖动、无回跳、位置重复精度高（可达μm级）。采用了各种补偿和保护措施的霍尔器件的工作温度范围宽，可达.55℃～150℃。霍尔电流传感器两种工作模式直接测量式---开环模式零磁通模式---闭环模式

开环的传感器是霍尔直放式原理，闭环的是磁平衡原理。所以闭环的在响应时间跟精度上要比开环的好很多。开环和闭环都可以监测交流电，一般开环的适用于大电流监测，闭环适用于小电流监测。往往开环的传感器输出的是电压信号，闭环的输出是电流信号。霍尔电流传感器直接测量式霍尔---开环模式霍尔输出电压的数值直接得出被测电流值。这种方式的优点是结构简单，测量结果的精度和线性度都较高。可测直流、交流和各种波形的电流。但它的测量范围、带宽等受到一定的限制。在这种应用中，霍尔器件是磁场检测器，它检测的是磁芯气隙中的磁感应强度。电流增大后，磁芯可能达到饱和；随着频率升高，磁芯中的涡流损耗、磁滞损耗等也会随之升高。这些都会对测量精度产生影响。当然，也可采取一些改进措施来降低这些影响，例如选择饱和磁感应强度高的磁芯材料；制成多层磁芯；采用多个霍尔元件来进行检测等等。霍尔电流传感器零磁通式（也称为磁平衡式或反馈补偿式）---闭环模式将霍尔器件的输出电压进行放大，再经电流放大后，让这个电流通过补偿线圈，并令补偿线圈产生的磁场和被测电流产生的磁场方向相反，最终达到磁平衡。这个平衡过程是自动建立的，是一个动态平衡。建立平衡所需的时间极短。平衡时，霍尔器件处于零磁通状态。磁芯中的磁感应强度极低（理想状态应为0），不会使磁芯饱和，也不会产生大的磁滞损耗和涡流损耗。恰当地选择磁芯材料和线路元件，可做出性能优良的零磁通电流传感器。光耦光耦原理光耦合器（opticalcoupler，英文缩写为OC）亦称光电隔离器，简称光耦。光耦合器以光为媒介传输电信号。光耦合器一般由三部分组成：光的发射、光的接收及信号放大。输入的电信号驱动发光二极管（LED），使之发出一定波长的光，被光探测器接收而产生光电流，再经过进一步放大后输出。这就完成了电—光—电的转换，从而起到输入、输出、隔离的作用。特点信号单向传输，输入端与输出端完全实现了电气隔离隔离，输出信号对输入端无影响，抗干扰能力强，工作稳定，无触点，使用寿命长，传输效率高。发光LED管有寿命时限。ACS710分析特性：专利放大与滤波设计技术，工业级噪音性能，高带宽。小封装，适用于有空间限制的场合。用于电流检测的典型铜制路径内阻是1

mΩ，功率耗损很小。高隔离电压。过流电压输入(VOC管脚)让用户能为此设备设定过流故障标准。过流保护报警信号典型响应时间小于2µs。独有的集成屏幕技术提供的对电流导体dV/dt信号和杂散电场的高抗扰能力滤波器引脚电容可调节带宽。3-5.5V,单电源供电ACS710分析ACS710分析典型应用电路光耦HCPL-7840分析ACS710VSHCPL-7840ACS710HCPL-7840外围简单运放、分流电阻输出电压信号差分输出过流保护有无带宽120KHz100KHz测量范围≤25A-200mV≤V≤200mV温度范围-40~125-40~85隔离电压3000VAC2500VAC价格较低较高其他竞争对手霍尼霍尔（美国）莱姆（瑞士）南京中旭南京中霍南京托肯与Allegro相比体积较大，非集成霍尔器件一般为正负电源供电测量范围大，最大可到几千安培功能仅为测量用。变频器的市场行情市场潜力巨大，应用前景广阔。在我国，风机、水泵、空气压缩机等大功率设备为满足运行中的最高功率要求，输出功率经常有很大的设计冗余。根据调查报告，我国变频器市场至少在10年以后才能趋于饱和，总体市场潜力为1200亿元至1800亿元。按照目前平均每kW高压变频器约800元的价格估计，不考虑未来新增高压电机变频调速的需求，高压变频器的潜在市场高达812亿元。我国变频器行业从2000年至2008年市场容量的平均年增长率在15%以上。2008年我国中低压变频器的市场容量约为111.8亿元，其中低压变频器为97.7亿元，中压变频器为14.1亿元.变频器的电流检测方案现状及方向变频器在中国的起步于2004，2005年，主要从中低压的变频器切