电流检测电路的设计与维护

电流检测通常包括主电路电流检测电路和输出电流检测电路，当检测到电路存在过电流情况时，检测电路会输出相应的信号去CPU,以便CPU及时作出有关保护控制。

1.主电路电流检测电路及检修

在使用电流表检测电路电流时,需要先断开电路,再将电流表串联在电路中。主电路电流检测一般不采用这种方式,它通常采用在主电路中串联取样电阻或熔断器,通过检测取样电阻和熔断器两端电压来了解主电路电流情况。

图10-5 一种常见的利用电流取样电阻来检测电流的主电路电流检测电路

(1)利用电流取样电阻来检测主电路电流

图10-5所示是一种常见的利用电流取样电阻来检测电流的主电路电流检测电路。该电路在主电路中串联了两只30mΩ的取样电阻,当主电路流往后级电路(主要是逆变电路)的电流正常时,取样电阻两端电压U_q1、U_q2较低,不足于使光耦合器PC12、PC8内部的发光二极管导通,光敏晶体管截止,送高电平信号去CPU。如果主电路流往后级电路的电流很大,取样电阻两端电压U_q1、U_q2很高,它们使光耦合器PC12、PC8内部的发光二极管导通,光敏晶体管导通,送低电平信号去CPU,CPU让后级电路停止工作。

该电路常见故障为变频器上电后跳过电流。故障原因如下:

1)电流取样电阻开路,光耦合器发光二极管两端电压高而导通,光敏晶体管随之导通,CPU从该电路获得低电平,误认为主电路出现过电流。

2)光耦合器PC8或PC12短路。

3)C₆₃短路。

由于电流取样电阻阻值很小,损坏后难于找到这种电阻,可用细铁丝来绕制,具体做法是找一段较长的细铁丝,万用表(可选精度高的数字万用表)一根表笔接铁丝一端,另一根表笔往铁丝另一端移动,观察阻值大小,当阻值为30mΩ时停止移动表笔,在该处将铁丝剪断,再将铁丝绕在绝缘支架上(保持匝间绝缘),如果单层不够,可在已绕铁丝上缠绕绝缘胶带,再在绝缘胶带上继续绕制。

(2)利用熔断器来检测主电路电流

图10-6所示是一种常见的利用熔断器来检测电流的主电路电流检测电路。该电路在主电路中串联了一只熔断器FU₁,当主电路流往后级电路(主要是逆变电路)的电流正常时,熔断器两端电压为0,无电流流过PC2内部的发光二极管,光敏晶体管截止,PC2输出高电平。如果主电路流往后级电路的电流过大,熔断器开路,有电流经R₃₇、R₃₈流入PC2内部的发光二极管,光敏晶体管导通,PC2输出低电平,该低电平作为FU故障信号去CPU,CPU控制停机并发出FU故障报警。

图10-6 一种常见的利用熔断器来检测电流的主电路电流检测电路

该电路常见故障为变频器报FU故障。故障原因如下:

1)熔断器FU₁开路。

2)光耦合器PC2光敏晶体管短路。

2.输出电流检测电路及检修

输出电流检测电路的功能是检测逆变电路输出的U、V、W相电流，当输出电流在正常范围时,CPU通过显示器将电流值显示出来，当电流超过正常值时,CPU则作出停机控制。

(1)输出电流的两种取样方式(www.xing528.com)

在检测输出电流时,主要有电阻取样和电流互感器取样两种方式,如图10-7所示,输出电流越大,取样电阻或电流互感器送给电流检测电路的电压越高,采用取样电阻方式的电流检测电路使用较少,且常用在中小功率变频器中,大多数变频器采用电流互感器。

图10-7 检测输出电流的两种方式

a)电阻取样方式 b)电流互感器取样方式

(2)电流互感器

早期的变频器检测输出电流多采用普通的电流互感器，其结构如图10-8a所示,当有电流通过导线时,导线会产生环形磁场,磁环中有磁感线通过,绕在磁环上的线圈会产生感应电动势,如果给线圈外接电路,线圈就会输出电流流入电路,导线通过的电流越大,线圈输出电流就越大。

图10-8 电流互感器

a)普通电流互感器 b)电子型电流互感器

现在越来越多的变频器采用电子型电流互感器，其结构如图10-8b所示,当导线有电流通过时,磁环中有磁感线通过,在磁环上开有一个缺口,缺口内放置一种对磁场敏感的元件,即霍尔元件,磁环的磁感线会穿过霍尔元件,如果给霍尔元件一个方向通入电流,在有磁场穿过霍尔元件时,霍尔元件会在另一个方向产生电压,在通入电流不变的情况下,磁环的磁场越强,霍尔元件产生的电压越高,该电压经放大后输出去电流检测电路。

(3)输出电流检测电路

图10-9所示是一种典型的输出电流检测电路。

图10-9 一种典型的输出电流检测电路

来自V、W相电流互感器的IV、IW电流经RC元件滤除高频干扰信号后,分别送到U11a、c的2、13脚,放大后分别从1、14脚输出。U11a的1脚输出的IV信号分作三路:第一路去VD₂₀~VD₂₂构成的三相整流电路;第二路经R₈₉去U11b的6脚;第三路经R_102A去U12a的2脚。U11c 14脚输出的IW信号也分作三路:第一路去VD₂₀~VD₂₂构成的三相整流电路;第二路经R_102B去U11的9脚;第三路经R₁₀₁去U12a的2脚。

IV、IW信号在U12a的2脚混合成IU信号,经U12放大后从1脚输出,送到三相整流电路,IV、IW、IU三路信号经三相整流电路汇合成一路总直流电流,从I_in+、I_in-端送到后级电路进一步处理,如果逆变电路输出电流过大,从I_in+、I_in-端送往后级电路的电流也很大,后级电路会得到一个反映过电流的电平信号送给CPU,CPU则作出停机控制。

U11b 6脚的IV信号经U11b与VD₁₄组成的精密半波整流电路取出半周IV信号,通过R₉₂送到F点;U11d 9脚的IW信号经U11d与VD₁₅组成的精密半波整流电路取出半周IW信号,通过R₁₀₀送到F点;U126脚的IU信号经U12与VD₁₆组成的精密半波整流电路取出半周IU信号,通过R₁₀₆送到F点。IV、IW、IU三路半周信号在F点汇合成一个电压信号,经R₁₀₉送到U12c的13脚,放大后从14脚输出去CPU,逆变电路输出电流越大,从14脚输出送给CPU的电压幅度越大,CPU根据该电压值按比例计算出实际输出电流大小,并通过显示器显示出来。

该电路常见故障为变频器报过电流或无法显示输出电流。

对于变频器报过电流故障,应检查与过电流检测有关的电路,如U11a、U11c、U12b及有关外围元器件,电子电流互感器损坏也可能会出现报过电流故障。

对于无法显示器输出电流故障,应检查与电流大小检测有关的电路,如U11b、U11d、U12a、U12c及有关外围元器件。