變頻器信號采集、分析及故障監(jiān)測系統(tǒng)

Signal Collection、 Analyzing and Faults Inspecting System of th e Inverters

HUANG Lingzhi, LIU Yujun

(Dept. of Automatic Control, Liaoning Institute of Science and Techno logy, Benxi 117022, China)

　　Key words: inverters; signal collection; signal analyzing; fault s inspecting; LabVIEW

　　維護(hù)、維修、測試變頻調(diào)速器的工作日趨重要。尤其是直接轉(zhuǎn)矩控制的變頻器，速度響應(yīng)快，發(fā)生過流故障時(shí)，要求在電流超過定值10μs IGBT就保護(hù)動(dòng)作，所以，檢測和研究變頻器需要高速的采集和測試平臺(tái)。下面是針對高速線材軋輥用的變頻器設(shè)計(jì)的測試平臺(tái)，主軋輥采用直接轉(zhuǎn)矩控制的交-直-交型變頻器控制。
　　測試平臺(tái)采用工控機(jī)在線檢測系統(tǒng)，真實(shí)而快速地顯示并存儲(chǔ)變頻器的主要電量。檢測系統(tǒng)由工控機(jī)、適合變頻器信號采集的霍爾傳感器，高頻數(shù)據(jù)采樣卡和相應(yīng)的數(shù)據(jù)分析軟件組成。由于變頻器允許過流時(shí)間很短(一般10μs)，為了記錄故障前后的電量，選用高頻差分16通道數(shù)據(jù)采集卡。主要測量變頻器的U相輸入電流，UV、VW相輸入電壓，變頻器的三相輸出電流和電壓及變頻器的直流電壓、直流電流，共11個(gè)信號。
　　PCI-MIO-16E-I是NI公司的高性能數(shù)據(jù)采集卡，采樣頻率高達(dá)1.25MHz。數(shù)據(jù)采集卡本身有一個(gè)高速的CPU，不依賴工控機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)高速率的數(shù)據(jù)采集。
　　采集的11路信號都采用霍爾元件作為傳感器，其接線原理如圖1所示。

　　對變頻器的波形觀察和記錄的程序如圖2所示。程序還可用于特殊過程的監(jiān)測，如起動(dòng)及制動(dòng)過程的監(jiān)測和記錄。通過運(yùn)行程序，從面板waveform graph中可以觀察到變頻器的各個(gè)信號的實(shí)時(shí)狀況；需要記錄時(shí)按OK按鈕，可在面板上標(biāo)記為store按鈕，用軟件觸發(fā)程序開始記錄數(shù)據(jù)。AIconfig中的channels可根據(jù)數(shù)據(jù)采集卡接線的順序，正確設(shè)定要記錄的各個(gè)參量的名稱。如果研究起動(dòng)、制動(dòng)特性，可以在起制動(dòng)前一時(shí)刻或起制動(dòng)的當(dāng)時(shí)，按下store按鈕，記錄起制動(dòng)過程中的數(shù)據(jù)，分析影響變頻器起制動(dòng)的參數(shù)設(shè)定是否合理。
　　對變頻器正常運(yùn)行時(shí)的信號的定期記錄可以采用圖3所示的程序。

　　每次程序采集并記錄的數(shù)據(jù)文件自動(dòng)生成，由左上角內(nèi)標(biāo)1的虛線框完成，例如在C盤上建一個(gè)inverter子目錄，在2004年4月10日15：30：40開始執(zhí)行程序，第一個(gè)數(shù)據(jù)記錄的文件名稱為，c:＼inverter＼2005-4-17 time 15.30.40，以后每個(gè)循環(huán)所記錄的數(shù)據(jù)也會(huì)按照當(dāng)時(shí)開始采集的時(shí)間命名。這個(gè)時(shí)間的寫入由內(nèi)標(biāo)2的程序完成，稱頭文件。
　　軋鋼時(shí)，非常關(guān)心變頻器的諧波是否影響電網(wǎng)及負(fù)荷正常工作，我們采用圖4所示的程序來監(jiān)測變頻器的某一信號的諧波。本程序用的是平均功率譜函數(shù)，POWER.V；它可以選擇加窗的樣式，用window設(shè)置。如0：Uniform；1：Hanning；2：Hamming；3：Blackman?Harris。缺省值為Hanning窗。按照香農(nóng)采樣定律，對要分析的高次諧波，采樣率至少設(shè)定為其頻率的2倍；采樣率可達(dá)到1.25MHz。如果需要記錄當(dāng)前的波形，在程序中設(shè)置一個(gè)OK按鈕，按下則記錄波形。以后用讀數(shù)據(jù)的程序?qū)?shù)據(jù)讀出可再進(jìn)行諧波分析，讀程序在這里不再累述。
　　為記錄變頻器故障，應(yīng)用了數(shù)字觸發(fā)功能，程序如圖5所示。

　　我們運(yùn)用本系統(tǒng)監(jiān)測被測變頻器，其諧波在國標(biāo)規(guī)定范圍內(nèi)；出現(xiàn)故障的原因主要是參數(shù)設(shè) 定不當(dāng)，如起動(dòng)、制動(dòng)時(shí)間和PI調(diào)節(jié)參數(shù)設(shè)置不當(dāng)?shù)取?/DIV>

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