基于凌華科技PCI-9846高速數字化儀的變頻器輸出性

針對這一問(wèn)題，文獻[2]提出了一種簡(jiǎn)易的參考波形生成方法，采用這種參考波形替代正弦波用于逆變單元控制，在不改變原有故障處理方式的情況下，可以充分利用各單元的輸出能力，提升系統的整體輸出，減小故障對負載的影響。這種方法簡(jiǎn)單易行，對于基于載波的控制系統中，只需要根據故障類(lèi)型改變參考波的形狀即可，在現有故障處理方式的基礎上無(wú)需做出很大變動(dòng)即可實(shí)現。與中性點(diǎn)偏移方法相比，無(wú)需計算偏移角度。

以六單元級聯(lián)系統為例，當A相一個(gè)單元故障時(shí)，三種故障處理方式的原理及輸出情況對比如圖3所示。

三 基于LabVIEW和 PCI-9846的測試系統設計

為了驗證分析級聯(lián)型變頻器上述三種故障處理方法的輸出性能，利用LabVIEW虛擬儀器軟件平臺和凌華PCI-9846高速數字化儀搭建了測試系統。LabVIEW采用圖形化系統設計理念以及獨特的并行數據流特征，在主控界面搭建、故障處理方法設計、信號采集與處理以及電壓信號性能分析等方面具有明顯的優(yōu)勢。由于級聯(lián)型變頻器等效的輸出相電壓開(kāi)關(guān)頻率為每個(gè)開(kāi)關(guān)器件開(kāi)關(guān)頻率的若干倍，輸出電壓諧波分布在較高頻段，因此變頻器輸出特性分析系統對數據采集設備的采樣率要求較高，普通的數據采集設備難以滿(mǎn)足如此高的采樣要求。凌華科技公司的模塊化儀器PCI-9846具有高采樣率和高采樣精度、兼容性好等優(yōu)點(diǎn),該設備最高采樣頻率為40MHz,內置四個(gè)高線(xiàn)性度的16位高精度A/D,并能實(shí)現四通道同時(shí)采樣，在對高頻信號的采集上具有很大的優(yōu)勢,非常適合對級聯(lián)型變頻器三相輸出高頻信號的采集和處理。凌華科技同樣提供針對LabVIEW的驅動(dòng)程序，無(wú)需過(guò)多考慮兼容性問(wèn)題，縮短了系統開(kāi)發(fā)時(shí)間。

基于LabVIEW虛擬儀器軟件平臺和凌華PCI-9846數字化儀的級聯(lián)型變頻器輸出特性測試系統原理框圖如圖4所示。

其中在PC中通過(guò)LabVIEW虛擬儀器軟件編程，根據上述三種故障處理方式的工作原理，實(shí)現相應的控制方案，產(chǎn)生相應的控制信號。產(chǎn)生的開(kāi)關(guān)器件控制信號經(jīng)數據輸出設備輸出，由信號調理電路處理后送至級聯(lián)型變頻器實(shí)驗裝置使設備工作。輸出電壓經(jīng)傳感器送至PCI 9846，然后依靠LabVIEW編寫(xiě)的采集程序對數據進(jìn)行高速采集并加以保存。隨后再利用LabVIEW編寫(xiě)的分析軟件對保存的信號進(jìn)行處理 ,完成了級聯(lián)型變頻器輸出特性檢測分析的功能。

四 信號采集與處理結果

測試系統利用LabVIEW虛擬儀器軟件平臺搭建的主控界面如圖5所示，這里以六單元級聯(lián)系統為例進(jìn)行分析，分別設計了相應的故障處理方法，通過(guò)程序設計得到不同故障處理方法時(shí)的參考波。這里僅對與參考波等效的相電壓及獲得的等效線(xiàn)電壓波形進(jìn)行分析。

圖5 測試系統主控界面

上述演示程序中，可以選擇三種不同的故障處理方法，其原理在相應的選項卡標簽中有簡(jiǎn)要介紹。左側的指示燈用來(lái)表示六單元級聯(lián)系統各個(gè)單元的運行狀態(tài)，不亮的指示燈表示單元對應發(fā)生故障并被屏蔽。圖5中表示的是A相三個(gè)單元故障時(shí)的工作情況，指示燈上面有系統此時(shí)的輸出能力，可以看出，在A(yíng)相三個(gè)單元故障的情況下，通過(guò)部分零序電壓注入的優(yōu)化調節方式，系統仍能夠有接近75%的輸出能力，比傳統故障處理方式的輸出能力(此時(shí)為50%)有很大的提高。指示燈下方的區域為相電壓、線(xiàn)電壓有效值歸一化后的輸出，各相電壓的總諧波失真以及三相線(xiàn)電壓的相位。右側的選項卡標簽里給出的是三相相電壓、線(xiàn)電壓的輸出波形及其中一相的諧波分析。此外，程序還提供了零序電壓注入的方式，用來(lái)提高直流側電壓的利用率，進(jìn)而提高系統的輸出能力。從運行結果可以看出，采用該種故障處理方式后，僅屏蔽故障的功率單元，因此三相相電壓不再對稱(chēng)，幅值及相位均根據故障類(lèi)型做出了相應的調整，而得到的線(xiàn)電壓仍為幅值相等、三相平衡的輸出，且不含有三次諧波分量。

利用上述程序，對多種故障的輸出情況進(jìn)行了對比分析，其輸出性能分別如下表所示。其中故障類(lèi)型表示三相分別剩余的正常單元數目，如(466)表示六單元級聯(lián)系統三相正常工作的單元數分別為A相4個(gè)，B相6個(gè)，C相6個(gè)，總故障單元數為2。此時(shí)三種處理方法得到的最大輸出能力分別為66.70%、76.30% 和83.40%?？梢钥闯隼脙?yōu)化中點(diǎn)移位即部分零序電壓注入的故障處理方式，可以得到最大的系統輸出。其它故障類(lèi)型時(shí)，系統輸出性能也均不低于前兩種處理方式。

五 結論

針對級聯(lián)型變頻器單元故障時(shí)的控制問(wèn)題，本文對現有的三種不足處理方式進(jìn)行了對比分析，并利用LabVIEW虛擬儀器軟件平臺和凌華PCI-9846數字化儀搭建了六單元級聯(lián)型變頻器輸出特性測試系統，通過(guò)對三種故障處理方式進(jìn)行了測試分析，獲得了三相線(xiàn)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。通過(guò)對比發(fā)現利用優(yōu)化中點(diǎn)移位即部分零序電壓注入的故障處理方式，在故障單元屏蔽后可以得到最大的系統輸出，提高了系統的容錯性能，是一種較為理想的級聯(lián)型變頻器故障處理方式。