變頻器信號采集、分析及故障監測系統

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、維修、測試變頻調速器的工作日趨重要。尤其是直接轉矩控制的變頻器，速度響應快，發(fā)生過(guò)流故障時(shí)，要求在電流超過(guò)定值10μs IGBT就保護動(dòng)作，所以，檢測和研究變頻器需要高速的采集和測試平臺。下面是針對高速線(xiàn)材軋輥用的變頻器設計的測試平臺，主軋輥采用直接轉矩控制的交-直-交型變頻器控制。
　　測試平臺采用工控機在線(xiàn)檢測系統，真實(shí)而快速地顯示并存儲變頻器的主要電量。檢測系統由工控機、適合變頻器信號采集的霍爾傳感器，高頻數據采樣卡和相應的數據分析軟件組成。由于變頻器允許過(guò)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通道數據采集卡。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公司的高性能數據采集卡，采樣頻率高達1.25MHz。數據采集卡本身有一個(gè)高速的CPU，不依賴(lài)工控機，可以實(shí)現高速率的數據采集。
　　采集的11路信號都采用霍爾元件作為傳感器，其接線(xiàn)原理如圖1所示。

　　對變頻器的波形觀(guān)察和記錄的程序如圖2所示。程序還可用于特殊過(guò)程的監測，如起動(dòng)及制動(dòng)過(guò)程的監測和記錄。通過(guò)運行程序，從面板waveform graph中可以觀(guān)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，可在面板上標記為store按鈕，用軟件觸發(fā)程序開(kāi)始記錄數據。AIconfig中的channels可根據數據采集卡接線(xiàn)的順序，正確設定要記錄的各個(gè)參量的名稱(chēng)。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)的當時(shí)，按下store按鈕，記錄起制動(dòng)過(guò)程中的數據，分析影響變頻器起制動(dòng)的參數設定是否合理。
　　對變頻器正常運行時(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據文件自動(dòng)生成，由左上角內標1的虛線(xiàn)框完成，例如在C盤(pán)上建一個(gè)inverter子目錄，在2004年4月10日15：30：40開(kāi)始執行程序，第一個(gè)數據記錄的文件名稱(chēng)為，c:＼inverter＼2005-4-17 time 15.30.40，以后每個(gè)循環(huán)所記錄的數據也會(huì )按照當時(shí)開(kāi)始采集的時(shí)間命名。這個(gè)時(shí)間的寫(xiě)入由內標2的程序完成，稱(chēng)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)及負荷正常工作，我們采用圖4所示的程序來(lái)監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，POWER.V；它可以選擇加窗的樣式，用window設置。如0：Uniform；1：Hanning；2：Hamming；3：Blackman?Harris。缺省值為Hanning窗。按照香農采樣定律，對要分析的高次諧波，采樣率至少設定為其頻率的2倍；采樣率可達到1.25MHz。如果需要記錄當前的波形，在程序中設置一個(gè)OK按鈕，按下則記錄波形。以后用讀數據的程序將數據讀出可再進(jìn)行諧波分析，讀程序在這里不再累述。
　　為記錄變頻器故障，應用了數字觸發(fā)功能，程序如圖5所示。

　　我們運用本系統監測被測變頻器，其諧波在國標規定范圍內；出現故障的原因主要是參數設 定不當，如起動(dòng)、制動(dòng)時(shí)間和PI調節參數設置不當等。