基于PCI-9846數(shù)字化儀的變頻器輸出性能測試系統(tǒng)

應用領域:

高壓大功率電機變頻調(diào)速領域。

挑戰(zhàn):

單元串聯(lián)型高壓變頻器利用若干低壓功率單元串聯(lián)實現(xiàn)高壓輸出，這種結(jié)構(gòu)使其具有良好的容錯性能；將發(fā)生故障的單元屏蔽后，通過一定的故障處理方法，可以使系統(tǒng)繼續(xù)降低容量運行，保證生產(chǎn)的穩(wěn)定運行。本文設計的系統(tǒng)主要針對采用三種不同的故障處理方法時，對單元串聯(lián)型高壓變頻器輸出電能質(zhì)量的各項指標進行實時監(jiān)測和分析，尤其是單元發(fā)生故障后，系統(tǒng)輸出電壓的性能指標，應盡量與故障前保持一致，以減小故障對系統(tǒng)工作的影響。

解決方案:

基于PCI-9846的變頻器輸出性能測試系統(tǒng)，利用LabVIEW虛擬儀器軟件平臺搭建系統(tǒng)主控界面，設計了相應的故障處理方法，可以得到不同故障處理方法時的參考波。在多單元級聯(lián)型變頻器仿真模型上進行測試，通過凌華PCI-9846數(shù)字化儀采集三相電壓信號后進行分析處理，獲得三相線電壓的幅值，頻率，總諧波含量，三相電壓相位等主要性能指標，從而檢查控制算法在系統(tǒng)正常運行及帶故障運行時的輸出情況。

利用變頻技術驅(qū)動電動機可以實現(xiàn)節(jié)能，符合我國有關節(jié)能減排的要求和社會需求。為了使變頻裝置應用在高電壓等級、大容量的場合，通常會采用高壓大容量的開關器件和多電平的拓撲結(jié)構(gòu)；級聯(lián)型變流器是一種有很好應用前景的多電平變換器，級聯(lián)型變頻器的具體應用如級聯(lián)型高壓變頻器拖動風機、水泵等負載，大多工作在比較重要的場合，在生產(chǎn)或生活中的作用和影響較大，對可靠性要求高，一般要求系統(tǒng)能夠連續(xù)運轉(zhuǎn)，即使在故障后適當降低容量運行，也不能隨時停機。在利用高壓變頻裝置驅(qū)動電動機實現(xiàn)節(jié)能目標的同時，為了保證系統(tǒng)的可靠性，需要高壓變頻裝置具有一定的容錯功能，即在發(fā)生器件或者單元故障時，能夠自動將其屏蔽，通過調(diào)整控制方式，使系統(tǒng)繼續(xù)運行。

單元串聯(lián)型高壓變頻器利用若干低壓功率單元串聯(lián)實現(xiàn)高壓輸出，這種結(jié)構(gòu)使其具有良好的容錯性能；將發(fā)生故障的單元屏蔽后，通過一定的故障處理方法，可以使系統(tǒng)繼續(xù)降低容量運行，保證生產(chǎn)的穩(wěn)定運行。傳統(tǒng)的故障處理方法是采用屏蔽掉故障單元與另外兩相中相應的非故障單元，以保持變頻器的平衡運行，這樣勢必會造成非故障單元的浪費，因此對級聯(lián)型變頻器正常工作及故障時處理方法的研究很有必要。本文設計的基于PCI-9846的變頻器輸出性能測試系統(tǒng)主要針對采用三種不同的故障處理方法時，對單元串聯(lián)型高壓變頻器輸出電能質(zhì)量的各項指標進行實時監(jiān)測和分析，尤其是單元發(fā)生故障后，系統(tǒng)輸出電壓的性能指標，應盡量與故障前保持一致，以減小故障對系統(tǒng)工作的影響。該測試系統(tǒng)利用LabVIEW虛擬儀器軟件平臺搭建系統(tǒng)主控界面，設計了相應的故障處理方法，可以得到不同故障處理方法時的參考波。在多單元級聯(lián)型變頻器仿真模型上進行測試，通過凌華PCI-9846數(shù)字化儀采集三相電壓信號后進行分析處理，獲得三相線電壓的幅值，頻率，總諧波含量，三相電壓相位等主要性能指標，從而檢查控制算法在系統(tǒng)正常運行及帶故障運行時的輸出情況。

一 單元串聯(lián)型高壓變頻器結(jié)構(gòu)及工作原理

單元串聯(lián)型高壓變頻器采用若干個低壓功率單元串聯(lián)的方式實現(xiàn)直接高壓輸出，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，采用的變壓器為多重化隔離變壓器，一次側(cè)輸入高壓，二次側(cè)輸出相互隔離的低壓，供給各個功率單元，即圖中的各個H橋，系統(tǒng)的三相結(jié)構(gòu)類似。每個功率單元都是一個三相輸入、單相輸出的交-直-交變頻器，具有統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)，功率單元的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖1:單元串聯(lián)變頻器結(jié)構(gòu)