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单元串联型高压变频器工作原理是什么 故障处理方法有哪些

2018年04月16日 14:34 次阅读

  利用变频技术驱动电动机可以实现节能,符合我国有关节能减排的要求和社会需求。为了使变频装置应用在高电压等级、大容量的场合,通常会采用高压大容量的开关器件和多电平的拓扑结构;级联型变流器是一种有很好应用前景的多电平变换器,级联型变频器的具体应用如级联型高压变频器拖动风机、水泵等负载,大多工作在比较重要的场合,在生产或生活中的作用和影响较大,对可靠性要求高,一般要求系统能够连续运转,即使在故障后适当降低容量运行,也不能随时停机。在利用高压变频装置驱动电动机实现节能目标的同时,为了保证系统的可靠性,需要高压变频装置具有一定的容错功能,即在发生器件或者单元故障时,能够自动将其屏蔽,通过调整控制方式,使系统继续运行。

  单元串联型高压变频器利用若干低压功率单元串联实现高压输出,这种结构使其具有良好的容错性能;将发生故障的单元屏蔽后,通过一定的故障处理方法,可以使系统继续降低容量运行,保证生产的稳定运行。传统的故障处理方法是采用屏蔽掉故障单元与另外两相中相应的非故障单元,以保持变频器的平衡运行,这样势必会造成非故障单元的浪费,因此对级联型变频器正常工作及故障时处理方法的研究很有必要。本文设计的基于PCI-9846的变频器输出性能测试系统主要针对采用三种不同的故障处理方法时,对单元串联型高压变频器输出电能质量的各项指标进行实时监测和分析,尤其是单元发生故障后,系统输出电压的性能指标,应尽量与故障前保持一致,以减小故障对系统工作的影响。该测试系统利用LabVIEW虚拟仪器软件平台搭建系统主控界面,设计了相应的故障处理方法,可以得到不同故障处理方法时的参考波。在多单元级联型变频器仿真模型上进行测试,通过凌华PCI-9846数字化仪采集三相电压信号后进行分析处理,获得三相线电压的幅值,频率,总谐波含量,三相电压相位等主要性能指标,从而检查控制算法在系统正常运行及带故障运行时的输出情况。

单元串联型高压变频器工作原理是什么 故障处理方法有哪些

  一 单元串联型高压变频器结构及工作原理

  单元串联型高压变频器采用若干个低压功率单元串联的方式实现直接高压输出,采用的变压器为多重化隔离变压器,一次侧输入高压,二次侧输出相互隔离的低压,供给各个功率单元,即各个H桥,系统的三相结构类似。每个功率单元都是一个三相输入、单相输出的交-直-交变频器,具有统一的结构。

  每个功率单元分别由输入变压器的一组二次绕组供电,功率单元之间及变压器二次绕组之间相互绝缘。如采用每相六单元串联的形式,则每个功率单元承受全部的输出电流,但仅承受1/6的输出相电压和1/18的输出功率;对于6KV的电机系统,每单元输出电压0~590V可调,频率0~50Hz可调,从而可实现变频控制。

  单元串联型高压变频器各的功率单元采用载波相移PWM技术进行控制,对于图1所示的变频器由n对依次相移60°/n的三角载波对参考波电压进行调制。对A相基波调制所得的n个信号,分别控制A1~An n个功率单元,经叠加即可得具有2*n+1级阶梯的相电压波形。它相当于6*n脉波变频,理论上6*n-1次以下的谐波都可以抵消,总的电压和电流畸变可低至1%左右,因此也堪称完美无谐波变频器。该系列变频器同一相的功率单元输出相同的基波电压,串联各单元之间的载波错开一定的相位,每个功率单元的IGBT开关频率若为1KHz,则当每相有6个功率单元串联时,等效的输出相电压开关频率为12KHz。功率单元采用低的开关频率可以降低开关损耗,而高的等效输出开关频率和多电平可大大改善输出波形。波形改善除减小输出谐波外,还可降低噪音、du/dt值和电机的转矩脉动。所以这种变频器用于调速电源对电机无特殊要求,可用于普通的高压电机,且不必降额,对输出电缆长度也没有特殊限制。

  二 单元串联型高压变频器故障处理方法分析

  为了提高单元串联型变频器的可靠性,使其在部分功率单元发生故障后仍能够继续运行,传统的故障处理方法是采用屏蔽掉故障单元与另外两相中相应的非故障单元,以保持变频器的平衡运行,这样势必会造成非故障单元的浪费,因而最大输出能力较低。该方法的优点在于原理简单,技术成熟可靠。

  为了在单元故障后充分利用所有的非故障单元,进一步提高多电平逆变器的输出性能,可以采用中性点移位技术。中性点移位原理是利用变频器的中性点是浮动的,且不连接到负载中点(例如目前广泛应用的三相电动机),因此变频器中性点可以偏离负载中点。尽管变频器输出三相相电压不平衡,但通过调整相电压的相位可以得到三相平衡的负载线电压。这样的调整方式,相当于故障后在各相剩余单元输出的不对称电压上共同叠加一个零序分量,以合成三相对称的线电压。由于两个中点不直接连接,因此该线电压在负载上可以产生对称的负载相电压,从而保证负载的对称稳定运行。但是由于三相不再对称,此时通过注入三次谐波以提高单元电压利用率的优化控制方法不再适用,因此,中性点移位的处理方式并没有充分利用系统的最大输出能力。某些故障状态下,其最大输出能力甚至比传统的屏蔽故障单元及其对应另外两相非故障单元的处理方式还要低。

  针对这一问题,文献[2]提出了一种简易的参考波形生成方法,采用这种参考波形替代正弦波用于逆变单元控制,在不改变原有故障处理方式的情况下,可以充分利用各单元的输出能力,提升系统的整体输出,减小故障对负载的影响。这种方法简单易行,对于基于载波的控制系统中,只需要根据故障类型改变参考波的形状即可,在现有故障处理方式的基础上无需做出很大变动即可实现。与中性点偏移方法相比,无需计算偏移角度。

  三 基于LabVIEW和 PCI-9846的测试系统设计

  为了验证分析级联型变频器上述三种故障处理方法的输出性能,利用LabVIEW虚拟仪器软件平台和凌华PCI-9846高速数字化仪搭建了测试系统。LabVIEW采用图形化系统设计理念以及独特的并行数据流特征,在主控界面搭建、故障处理方法设计、信号采集与处理以及电压信号性能分析等方面具有明显的优势。由于级联型变频器等效的输出相电压开关频率为每个开关器件开关频率的若干倍,输出电压谐波分布在较高频段,因此变频器输出特性分析系统对数据采集设备的采样率要求较高,普通的数据采集设备难以满足如此高的采样要求。凌华科技公司的模块化仪器PCI-9846具有高采样率和高采样精度、兼容性好等优点,该设备最高采样频率为40MHz,内置四个高线性度的16位高精度A/D,并能实现四通道同时采样,在对高频信号的采集上具有很大的优势,非常适合对级联型变频器三相输出高频信号的采集和处理。凌华科技同样提供针对LabVIEW的驱动程序,无需过多考虑兼容性问题,缩短了系统开发时间。

  其中在PC中通过LabVIEW虚拟仪器软件编程,根据上述三种故障处理方式的工作原理,实现相应的控制方案,产生相应的控制信号。产生的开关器件控制信号经数据输出设备输出,由信号调理电路处理后送至级联型变频器实验装置使设备工作。输出电压经传感器送至PCI 9846,然后依靠LabVIEW编写的采集程序对数据进行高速采集并加以保存。随后再利用LabVIEW编写的分析软件对保存的信号进行处理 ,完成了级联型变频器输出特性检测分析的功能。

  四 信号采集与处理结果

  测试系统利用LabVIEW虚拟仪器软件平台搭建的主控界面如图5所示,这里以六单元级联系统为例进行分析,分别设计了相应的故障处理方法,通过程序设计得到不同故障处理方法时的参考波。这里仅对与参考波等效的相电压及获得的等效线电压波形进行分析。

  上述演示程序中,可以选择三种不同的故障处理方法,其原理在相应的选项卡标签中有简要介绍。左侧的指示灯用来表示六单元级联系统各个单元的运行状态,不亮的指示灯表示单元对应发生故障并被屏蔽。图5中表示的是A相三个单元故障时的工作情况,指示灯上面有系统此时的输出能力,可以看出,在A相三个单元故障的情况下,通过部分零序电压注入的优化调节方式,系统仍能够有接近75%的输出能力,比传统故障处理方式的输出能力(此时为50%)有很大的提高。指示灯下方的区域为相电压、线电压有效值归一化后的输出,各相电压的总谐波失真以及三相线电压的相位。右侧的选项卡标签里给出的是三相相电压、线电压的输出波形及其中一相的谐波分析。此外,程序还提供了零序电压注入的方式,用来提高直流侧电压的利用率,进而提高系统的输出能力。从运行结果可以看出,采用该种故障处理方式后,仅屏蔽故障的功率单元,因此三相相电压不再对称,幅值及相位均根据故障类型做出了相应的调整,而得到的线电压仍为幅值相等、三相平衡的输出,且不含有三次谐波分量。

  利用上述程序,对多种故障的输出情况进行了对比分析,其输出性能分别如下表所示。其中故障类型表示三相分别剩余的正常单元数目,如(466)表示六单元级联系统三相正常工作的单元数分别为A相4个,B相6个,C相6个,总故障单元数为2。此时三种处理方法得到的最大输出能力分别为66.70%、76.30% 和83.40%。可以看出利用优化中点移位即部分零序电压注入的故障处理方式,可以得到最大的系统输出。其它故障类型时,系统输出性能也均不低于前两种处理方式。

  五 结论

  针对级联型变频器单元故障时的控制问题,本文对现有的三种不足处理方式进行了对比分析,并利用LabVIEW虚拟仪器软件平台和凌华PCI-9846数字化仪搭建了六单元级联型变频器输出特性测试系统,通过对三种故障处理方式进行了测试分析,获得了三相线电压的幅值,频率,总谐波含量,三相电压相位等主要性能指标。通过对比发现利用优化中点移位即部分零序电压注入的故障处理方式,在故障单元屏蔽后可以得到最大的系统输出,提高了系统的容错性能,是一种较为理想的级联型变频器故障处理方式。

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发表于 2017-12-22 15:24 1185次阅读
通用电气介绍与变频器原理、构成以及应用目的及用途...

工业控制变频器选型误区及案例分析

很多厂家和业务员吹嘘变频器节电率有多高,用户也信以为真,单纯为了省电就花高成本选用变频器,结果却大失...

发表于 2017-12-22 07:51 2970次阅读
工业控制变频器选型误区及案例分析

变频器故障案例分析及故障排除解决方案

当变频器工作中出现了故障跳闸,同时要伴随着故障报警。操作面板上的显示屏同时显示出故障代码,根据故障代...

发表于 2017-12-22 07:37 2249次阅读
变频器故障案例分析及故障排除解决方案

一文读懂变频器的特性和原理

变频器(Variable-frequency Drive,VFD)是应用变频技术与微电子技术,通过改...

发表于 2017-12-20 15:43 1680次阅读
一文读懂变频器的特性和原理

基于USS通信协议来实现S7-1200与G120...

西门子S7-1200 紧凑型plc在当前的市场中有着广泛的应用,作为经常与SINAMICS G120...

发表于 2017-12-19 11:43 1538次阅读
基于USS通信协议来实现S7-1200与G120...

变频器和软启动器的联系和区别,总算有工程师讲清楚...

一分钟搞懂变频器和软启动器

发表于 2017-12-16 07:28 3084次阅读
变频器和软启动器的联系和区别,总算有工程师讲清楚...

变频器分类及发展趋势

变频器的分类方法有多种,按照主电路工作方式分类,可以分为电压型变频器和电流型变频器;按照开关方式分类...

发表于 2017-12-15 12:42 986次阅读
变频器分类及发展趋势

变频器的控制方式有哪些

在交流变频器中使用的非智能控制方式有V/f协调控制、转差频率控制、矢量控制、直接转矩控制等。智能控制...

发表于 2017-12-15 11:49 936次阅读
变频器的控制方式有哪些

变频器原理及接线图,36页PPT全部讲清

发表于 2017-12-14 16:19 3073次阅读
变频器原理及接线图,36页PPT全部讲清

伺服和变频器的区别解析,你想知道的全在这里!

伺服驱动器是用来驱动伺服电机的,伺服电机可以是步进电机,也可以是交流异步电机,主要为了实现快速、精确...

发表于 2017-12-14 14:51 2444次阅读
伺服和变频器的区别解析,你想知道的全在这里!

ABB变频器故障代码分析法及主电路分析法详解

ABB变频器有故障的话,在操作面板上都有相应的故障代码,一般处理变频器故障时,必须在操作面板上找到它...

发表于 2017-12-11 16:11 1089次阅读
ABB变频器故障代码分析法及主电路分析法详解

变频器矢量控制的优点及应用

动态的“速响应直流电动机受整流的限制,过高的di/dt是不容许的。异步电动机只受逆变器容量的限制,强...

发表于 2017-12-11 11:50 592次阅读
变频器矢量控制的优点及应用

变频器的原理、应用、结构和选型知识详解

变频是现代电力电子技术领域发展而来的,是我们常用的直流电与交流电之间的变换装置。它还可以改变我们交流...

发表于 2017-12-11 11:29 1344次阅读
变频器的原理、应用、结构和选型知识详解

变频器的端子故障问题成因及解决方法详解

旧版的软件(B12及以前版本),在变频器报故障,并复位后,端子就算是短接状态,变频器也不会运行,需要...

发表于 2017-12-08 15:30 2166次阅读
变频器的端子故障问题成因及解决方法详解

电解电容老化导致变频器故障的处理方法解析

然后从调压器送入可调三相电源,检查电压检测电路并监测面板显示直流电压值,说明直流电压检测电路也没有问...

发表于 2017-12-08 15:22 2545次阅读
电解电容老化导致变频器故障的处理方法解析

变频器中软故障的成因及处理方法详解

信号线及控制线有没有与动力线放置在同一电缆沟或桥架中,如果是信号线及控制线与动力线放置在同一电缆沟或...

发表于 2017-12-08 15:19 1451次阅读
变频器中软故障的成因及处理方法详解

变频器开关电源的检修思路_变频器开关电源常见故障...

开关电源简化电路图 变频器的开关电源电路完全可以简化为上图电路模型,电路中的关键要素都包含在内了。而...

发表于 2017-12-07 17:31 1149次阅读
变频器开关电源的检修思路_变频器开关电源常见故障...

PLC与变频器的三种硬件联机方式图文及注意事项详...

PLC的开关输出量一般可以与变频器的开关量输入端直接相连。这种控制方式的接线简单,抗干扰能力强。利用...

发表于 2017-12-04 15:29 1147次阅读
PLC与变频器的三种硬件联机方式图文及注意事项详...

Ku波段双馈源高频头变频器与微带带通滤波器的设...

项目要求的主要性能指标 1.性能指标要求 (1)输入频率:11 7 12.75GHz (2)噪声系数...

发表于 2017-12-04 06:21 178次阅读
 Ku波段双馈源高频头变频器与微带带通滤波器的设...

变频器过电压产生的原因及措施并证明再生制动是解...

过电压的产生与再生制动 所谓变频器的过电压,是指由于种种原因造成的变频器电压超过额定电压,集中表现在...

发表于 2017-12-04 01:16 305次阅读
 变频器过电压产生的原因及措施并证明再生制动是解...

工程师维修变频器开关电源的经验与实例解析

以下是工程师在维修过程中,总结出来的一些经验,供大家参考,希望对大家能有所帮助。 开关电源的几个维修...

发表于 2017-12-03 19:47 128次阅读
 工程师维修变频器开关电源的经验与实例解析

基于变频器因低电压停车的一些解决方法

一、使用复位和再启动功能。失电后,滤波电容器放电,逆变器控制电源失电时能够自动复位。另外,若选择瞬时...

发表于 2017-12-02 08:20 230次阅读
 基于变频器因低电压停车的一些解决方法

变频器与软起动器的优缺点分析与区别详解

降低电机启动时造成的冲击载荷,控制电机速度,把启动时间拉长,把电流变平缓,达到软启动的目的,同时还能...

发表于 2017-12-01 16:32 2168次阅读
变频器与软起动器的优缺点分析与区别详解

变频器对电机损伤现象的产生原理和预防措施解读

变频器对电机的损伤包括两个方面,定子绕组的损伤和轴承的损伤,如图1所示。这种损伤一般发生在几周至十几...

发表于 2017-11-29 15:50 1389次阅读
变频器对电机损伤现象的产生原理和预防措施解读

变频器的内部结构、电阻及直流母线详解

滤波电容器C1和C2两端各并联了一个电阻,是为了使两只电容器上的电压基本相等,防止电容器在工作中损坏...

发表于 2017-11-28 09:32 2100次阅读
变频器的内部结构、电阻及直流母线详解

变频器控制浮球阀控制水的原理与方法

变频器怎么接浮球阀控制水的开关?

发表于 2017-11-28 06:04 1060次阅读
变频器控制浮球阀控制水的原理与方法

变频器作用及工作原理

变频器是把工频电源(50Hz或60Hz)变换成各种频率的交流电源,以实现电机的变速运行的设备,其中控...

发表于 2017-11-27 19:38 3905次阅读
变频器作用及工作原理

多品牌变频器解密:超级密码汇总

东元品牌,M3系列变频器:将参数P00改成05可看到65条参数,P00改成08为2线制初始化,P00...

发表于 2017-11-24 10:24 1099次阅读
多品牌变频器解密:超级密码汇总

6种方法教你如何有效解决变频器电流显示误差

涨知识 | 变频器电流显示误差的解决方法

发表于 2017-11-24 07:28 2865次阅读
6种方法教你如何有效解决变频器电流显示误差

GPS接收机变频器

全球定位系统(GPS)接收机的RF输入为1575MHz。假设中频为85MHz,使用低端LO注入(fL...

发表于 2017-11-23 17:09 182次阅读
GPS接收机变频器

变频器IGBT模块损坏的原因、检测方法和维修过程

综合不同型号和不同的使用环境中的数台变频器维修情况,总结出变频器igbt模块损坏的主要原因是使用环境...

发表于 2017-11-23 11:50 2789次阅读
变频器IGBT模块损坏的原因、检测方法和维修过程

不能松懈的还有变频器的内部螺栓

由于该机泵为备用泵,在例行切换运行过程中,出现该问题,变频器上的运行时间显示,该机泵运行时间仅为10...

发表于 2017-11-23 09:37 967次阅读
不能松懈的还有变频器的内部螺栓

基于FPGA的数字下变频器的设计与实现

设计和实现了基于FPGA的可编程数字下变频器(DDC),用于宽带数字中频软件无线电接收机中,主要完成...

发表于 2017-11-22 09:09 72次阅读
基于FPGA的数字下变频器的设计与实现

什么是变频器?变频技术的原理及应用

变频技术是一种把直流电逆变成不同频率的交流电的转换技术。它可把交流电变成直流电后再逆变成不同频率的交...

发表于 2017-11-21 09:17 1516次阅读
什么是变频器?变频技术的原理及应用

交直交变频器电路原理图解析

变频器是应用变频技术与微电子技术,通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。变频器...

发表于 2017-11-19 10:39 1430次阅读
交直交变频器电路原理图解析

变频器控制柜原理图详解

是变频器控制柜由于中央空调系统都是按最大负载并增加一定余量设计,而实际上在年中,满负载下运行最多只有...

发表于 2017-11-19 10:08 2112次阅读
变频器控制柜原理图详解

为什么变频器逆变输出模块损坏了?

发表于 2017-11-14 15:30 568次阅读
为什么变频器逆变输出模块损坏了?

工控PLC的常见故障及维修技巧

一般情况下可依照输入---程序执行---输出的步骤进行检查(1)输入检查是利用输入LED指示灯识别,...

发表于 2017-11-13 15:42 459次阅读
工控PLC的常见故障及维修技巧

解答变频器配不上漏电保护器的原因及对策

变频器输出侧为PWM波,电机电缆与大地之间有长电缆的电容效应,使用带屏蔽层的电缆时,电容效应更加明显...

发表于 2017-11-09 14:26 1376次阅读
解答变频器配不上漏电保护器的原因及对策