电压传感器在日立大容量变频器中的应用及故障

电压传感器在日立大容量变频器中的应用及故障电压传感器在日立大容量变频器中的应用及故障 随着越来越多的新技术的发展 电压传感器也得到了进一步发展和 应用 例如传动系统的变频器和整流器 不间断电源 有源滤波器 无 功补偿 电池充放电 半导体保护 驱动保护等设备或系统中 大量使 用了各种各样的电压传感器 电压传感器的作用是自动检测电压 从而 使我们能够对设备或系统的电压进行控制和显示 必要时采取过压 欠 压等自动保护措施 本文主要介绍电压传感器在日立大容量 hivectol 变频传动系统中 的应用 电压传感器在日立大容量 hivectol 变频器中的应用 日立大容量 hivectol 变频器主要用于冷轧轧机大马达主传动 大容量变频器为交 直 交三电平式变频器 由整流器柜 逆变器柜及公共控制柜 进线 柜以及输出隔离开关柜等组成 其中整流器采用功率因素控制 电压控 制 矢量控制及三电平 pwm 控制 逆变器采用速度控制 矢量控制和三 电平 pwm 控制 变频器的功率元件采用三菱大功率 igbt 规格为 3 3kv 1 2ka 整流器或逆变器最大功率可达 8800kva 两套并联可组 成最大 17600kva 的传动系统 该变频器采用了某公司两种型号规格的电压传感器 一种是 em010 系列中的 em010 9318 另一种是 vs 系列中的 vs4200b 电压传感器简介 em010 9318 和 vs4200b 电压传感器各有它们自 己的特点 下面分别进行简单介绍 1 em010 9318 电压传感器 em010 9318 电压传感器是一种采用 闭环霍尔效应技术的电子式变压器 由于原 副边之间采取了电气绝缘 它可以测量直流电压 交流电压 脉冲电压等 要测量的电压 up 直接 加到传感器原边的端子 ht 高压正极 和 ht 高压负极 上 原边 必须串一个输入电阻 re 与线圈电阻 rp 相串联 以限制电流 ip 和传 感器的发热 本系统使用的电压传感器的输入电阻 re 是在产品制造时 集成在内部的 称为校准型 em010 电压传感器 如果输入电阻 re 是外 接的 则称为非校准型 em010 电压传感器 em010 9318 电压传感器的 主要特点是原副边回路间有电气绝缘 可以测量各种波形 直流电压 交流电压 脉冲等 精度高 可靠性高 2 vs4200b 电压传感器 vs4200b 电压传感器是一种基于电子技 术且仅使用电子部件的电压传感器 与应用闭环式或开环式霍尔效应技 术的传感器相比 该电压传感器不使用磁芯或霍尔电极 由于原副边回 路之间具备电气绝缘 可以测量直流电压或交流电压 如图 3 所示 要 测量的电压 up 直接加到传感器原边的端子 ht 高压正极 和 ht 高 压负极或地 电压 up 通过绝缘放大器转化成副边的输出电流 is 副 边电流 is 与原边电压之间为电气绝缘 副边电流 is 与原边电压 up 成 精确的比例关系 副边电流 is 通过测量电阻 rm 因此 测量电阻 rm 两端的测量电压 vm 也就与原边电压 up 成精确的比例关系 电压传感器测量的是瞬时电压值 vs4200b 电压传感器的主要特点 是原副边回路间有电气绝缘 可以测量各种波形 直流电压 交流电压 等 具有极强的抗磁场能力 动态性能好 精度高 可靠性高 适宜 性强 结构小巧紧凑 电压传感器实际应用信号处理 电压传感器 em010 9318 和 vs4200b 的作用有所区别 em010 9318 用于测量整流器输出 p 0 n 电 压 1750v 0v 1750v 测量直流电压 而 vs4200b 用于测量逆变 器输出 u v w 间的电压 0 1750v 测量交流电压 将测量电压转 变为整流器 或逆变器用的控制信号 要经过到一系列处理 两种类型的电压传感器输出信号都是模拟电流信号 is 需通过 接测量电阻 rm 转化为电压信号 vm 再把 vm 信号通过接口板送 给变频器的控制板 hmd438 进行滤波 放大隔离以及 a d 转换 反馈 系统调整 在软件中设定放大系数 等 最后才用于计算 保护等用途 em010 9318 电压传感器检测回路有关参数确定 1 整流器有关参数如下 输出 p 0 n 额定电压为直流 3300v 即 p 0 或 0 n 为 1650v 2 em010 9318 的有关参数如下 upn 2000v isn 50ma 则 1650v 电压时 em010 9318 输出电流为 is 1650 2000 50 41 25ma 输出测量电阻计算为 rm vm is 6 0 04125 145 45 实际取三个电阻 150 10k 10k 并联 并联后的阻值为 145 63 对应的测量电 压为 vm 145 63 0 04125 6 01v 取滤波时间常数为 47 s 放大 倍数为 1 则反馈系数调整值为 6 6 01 0 999 倍 从而保证了电压控 制信号 6v 对应于整流器输出额定电压 dc 3300v vs4200b 电压传感器检测回路有关参数确定 1 逆变器有关参数如下 u v w 各相线间输出额定电压为交 流 1750v 2 vs4200b 的有关参数如下 upn 4200v ism 50ma 则 4200v 电 压时 vs4200b 输出电流为 is 1750 1 414 42000 50 29 46 ma 输出测量电阻计算为 rm vm is 6 0 02946 203 67 实际取 两个电阻 150 10k 并联 并联后的阻值为 147 78 对应的测量 电压为 vm 147 78 0 02946 4 354v 取滤波时间常数为 330 s 放大倍数为 1 则反馈系数调整值为 6 4 354 1 378 倍 为什么实际电阻采用 150 而不用其它数值的电阻以接近计算值 203 67 呢 主要是考虑到硬件的标准化问题 因为测量电阻都安装 在控制板的接口板上 各电压传感器都是通过接口板再输入到控制板内 的 该板子上安装的电阻为 150 和 10k 另外通过软件修改反馈系 数调整值也比焊接电阻方便很多 电压传感器典型故障案例说明 某厂使用的日立大容量 hivectol 变频器曾多次因电压传感器异常而导致变频器跳电的故障 由于对故障 现象分析比较困难 故障判断 处理时间比较长 最长的故障时间多达 7 个小时 严重影响到机组的正常生产 经过实践与摸索和总结 找到 了故障特点 后续发生类似故障时就比较驾轻就熟了 下面对两种电压 传感器各举一个典型故障案例进行分析说明 以供大家借鉴 em010 9318 电压传感器故障案例 变频器中实际使用了 4 个 em010 9318 电压传感 其中 pt1 pt2 用于整流器充放电控制 输出直 流电压控制以及过压检测保护 而 pt3 pt4 用于逆变器的过压检测保 护 2007 年 9 月 26 日 一台变频器突然发生直流母排过电压跳电故障 故 障代码为 dc over voltage 用高压电压表检查测量母排实际电压 p 0 间电压为 1650v 额定电压 而 0 n 间电压为 1750v 该母排间电 压过高 再检查变频器内故障记录数据 发现 pt4 检测出的电压为 110 其它三个 pt 检测出的电压值均为 100 正常时电压为 100 电压超 过 10 时过电压报警跳电 由于 0 n 母排间实测电压过高 电压传感 器 pt4 测量值是正确的 而相同母排上另一个电压传感器 pt2 测量值是 错误的 pt2 有异常 为什么 pt2 异常而检测出的数值却无 异常 呢 可以如下解释 pt2 输出的信号是用于整流器电压反馈控制的 pt2 正常时 1650v 母排电压对应 pt2 输出信号为 100 当 pt2 有异常时 1650v 电压对应 pt2 输出就不是 100 了 而是只有 94 29 1650 1750 100 而 整流器电压给定值为 100 于是整流器内电压调节器 avr 就要自动调 节 直到反馈值与给定值一致 即一直要反馈值到 pt2 输出 100 为 止 而此时 0 n 侧母排对应的实际电压为 1750v 100 94 29 x1650v 更换 pt2 后 0 n 母排间电压恢复为 1650v 4 个 pt 检测出的电压值均为 100 vs4200b 电压传感器故障案例 变频器实际上使用了 2 个 vs4200b 电压传感 pt5 pt6 用于逆变器输出 u v w 三相交流电压控制以及 过压检测保护 2008 年 11 月 2 日 一台变频器突然发生电压合理性异常跳电故障 故 障代码为 voltage rationality abnormal 电压合理性异常是指一次 侧电压给定值 eqact 与电压实际值 eqact 不一致 如果两者偏差超过 30 就判断为电压合理性异常 发出重故障跳电 以保护传动系统防止 事故扩大化 其中 eq 是交流电动机等效电动势 e 的 q 轴分量 在低速 时 基速以下 e 与电动机速度有关 所以通过脉冲发生器 plg 检测 出电动机的实际速度 根据速度值计算出 eq 实际电压值 eqact 而在 高速时 基速以上 则通过 pt5 pt6 检测出实际电压 uuw uvw 和其 它参数计