小功率变频器三下管电阻采样和保护策略研究_开题报告

一、文献综述

（一）研究现状

变频器，即逆变器，也称电机驱动器，在工业生产中应用广泛，可以说有电机驱动需求的场合都需要用到变频器，所以其重要性已经不言而喻了。而随着技术的发展，特别是在市场经济的大潮中，变频器也面临着诸多挑战，而最核心的无非就是技术创新和成本控制。在变频器众多功率段中，小功率变频器的市场竞争显得尤为突出，在众多技术中，电流的采样技术和电流保护策略一直是一个重点，主要是如何获得廉价的采样方案和全面的保护策略，但是不影响电机控制性能。本课题主要针对工业低压（220V或者400V电网）小功率（7.5KW及以下）变频器的电流采样和保护策略研究。

变频器的电流采样技术，主要依靠电流传感器或者高精度电阻得到。电流保护策略，主要为过流保护和短路保护，短路保护又细分为相间短路和对地短路，并且同时包含变频器运行前和运行中的两种状态。

早期，几乎所有厂家都采用电流传感器，采样变频器三相输出电流，同时将采样信号进行放大和比较处理后做电流保护使用。该技术方案的优点是，电路简单，可实时采样三相电流，电流保护功能全面；由于电流传感器为隔离器件，信号处理电路中无需使用光耦隔离，就可以直接将电压或者电流信号输入单片机处理。另外，受电流传感器技术发展影响，该技术方案还有采样精度高，响应时间快，电机控制性能好等优点。缺点为方案成本高，占用空间大。在小功率变频器领域渐渐失去了优势。

受成本的影响，接着出现了一种“母线单电阻采样技术”，其硬件简化到了极致，仅仅在母线的负端放置一个高精度电阻，再通过放大和比较处理进行电流采样和保护。其核心技术为依靠特殊软件算法和特殊的PWM发波方式，通过母线电阻进行电机三相电流重构，从而得到三相电流并进行电流保护。优点：硬件电路简单，占用空间小，成本低；缺点：由于重构的三相电流与实际电流的差异，导致电机控制性能变差，电流保护不全面，软件算法相对复杂同时增加了EMC干扰。

针对以上两种技术，又衍生出一种两者相结合的技术--“两路电流传感器采样和母线电阻采样相结合”，该技术方案是上面两种方案的结合，既提高了母线单电阻采样方案的电机控制性能差的问题，又降低了三个电流传感器采样成本高的问题；唯一的缺点是电流保护不够全面，成本还是不够低。

目前对于小功率变频器的低成本采样方式和保护策略，有很多人在研究，但都仅限于理论分析和软件仿真；另外，一些变频器生产厂家已经推出了一些量产产品，由于技术保密，我们只能从硬件结构中推测采用的采样技术，至于技术细节任然未知。

（二）研究课题

本文研究的课题是“小功率变频器三下管电阻采样和保护策略的研究”。主要结合本人目前从事的工作，正在进行的项目开发中面临的一个实际问题，即研究一种低成本的电流采样方案和全面的电流保护策略，在降低小功率变频器成本的同时又不降低电机控制性能。

本文主要从以下几个方面着手：

三下管电阻采样的电路拓扑

三下管电阻采样的软件实现方式

三下管电阻采样的硬件电路配置

基于三下管电阻采样的电流保护方案的电路拓扑

基于三下管电阻采样的电流保护策略

采用仿真或者样机的形式验证

分析实验结果并总结

（三）研究意义

本课题的研究，希望可以试验一种采样精度高，成本低，电路简单，电流保护全面的技术方案，为更低成本生产变频器提供更多的选择。

二、^范文提纲

1．绪论

1.1．小功率变频器的发展及市场概况

1.2．变频器电流检测技术的发展和方向

1.3．变频器电流保护策略的发展和方向

2．变频器硬件主拓扑和原理

2.1．变频器主拓扑

2.2．变频器各功能块原理

2.3．变频器电流采样方式和保护策略

2.3.1．电流传感器采样和保护策略

2.3.2．母线单电阻采样和保护策略

2.3.3．电流传感器和母线电阻组合方式的采样和保护策略

2.3.4．电阻和线性光耦组合替换电流传感器的技术方案

3．IGBT三下管电阻采样方案

3.1．IGBT三下管电阻采样方案的电路拓扑

3.2．IGBT三下管电阻采样方案的实现方式

3.2.1．软件实现方式

3.2.2．硬件电路配置

4．基于IGBT三下管电阻采样方案的电流保护策略

4.1．基于IGBT三下管电阻采样方案的硬件电路拓扑

4.2．基于IGBT三下管电阻采样方案的电流保护策略

4.4．基于IGBT三下管电阻采样方案存在的不足

5．仿真或实验验证

5.1．电流采样效果验证

5.2．电流保护效果验证

6．结论

三、参考文献

著作：

[1]贺益康 许大中 编著. 电机控制[M].杭州：浙江大学出版社.2010.5

[2]陈世坤 主编. 电机设计[M].机械工业出版社.1990.10

[3]吴忠智，吴加林编著. 变频器原理及应用指南[M]. 北京 中国电力出版社.2007.9

[4]陈世坤 主编. 电机设计[M].机械工业出版社.1990.10

期刊文章：

[1]王平，历虹，王道武. 小容量变频器三电阻采样电流合成方法实现[J].《电气自动化》2014年，第36卷，第1期 

[2]刘艳，邵诚. 三相电压源型PWM逆变器相电流重构策略研究[J]. 信息与控制，2007，36（4）：506-513. 

电子文献：

[1]王帆. EHPS驱动系统与单电阻采样相电流重构技术的研究[Z]. 学位^范文.万方数据库 

[2] F. Blaabjerg and J.K.Pedersen. An ideal PWM-VSI inverter using only one current sensor in the DC-Link_IEEE. International Conference on Power Electronics & Variable-speed Drives. 1994: 458-464

[3] S.Chi，X.Wanf，Y.Yuan，Z.Zhang，L.Xu.  A Current Reconstruction Scheme for Low-Cost PMSM Drives Using Shunt Resistors. The Ohio State University. 2015 Neil Ave. Columbus, OH 43210 USA.

[4] ICs Protect IGBTs and Sense Currents in Motor Drives. By David Tam, Vice President, Consumer Industrial Business Unit, International Pectifier, 8 Segundo, Calif.

[5] Current Reconstruction Techniques for Survivable Three Phase PWM Converters. Wei jiang, Babak Fahimi. Renewable energy and behicular technology Laboratory Department of Electrical Engineering University of Texas at Arlington. Arlington, TX, 76019.