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变频器信号采集、分析及故障监测系统

时间：2010-12-16 05:21:58

关键字：变频器监测系统信号采集数据采集卡

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[导读]变频器信号采集、分析及故障监测系统介绍一种对变频器的关键电量进行监测和记录的系统的设计，本系统已经在某钢厂的轧钢生产线上应用，帮助在线监控主轧辊的变频器运行状况、分析信号，如分析谐波等。　　关键词：

变频器信号采集、分析及故障监测系统

介绍一种对变频器的关键电量进行监测和记录的系统的设计，本系统已经在某钢厂的轧钢生产线上应用，帮助在线监控主轧辊的变频器运行状况、分析信号，如分析谐波等。
　　关键词：变频器；信号采集；信号分析；故障监测；LabVIEW

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

　　维护、维修、测试变频调速器的工作日趋重要。尤其是直接转矩控制的变频器，速度响应快，发生过流故障时，要求在电流超过定值10μs IGBT就保护动作，所以，检测和研究变频器需要高速的采集和测试平台。下面是针对高速线材轧辊用的变频器设计的测试平台，主轧辊采用直接转矩控制的交-直-交型变频器控制。
　　测试平台采用工控机在线检测系统，真实而快速地显示并存储变频器的主要电量。检测系统由工控机、适合变频器信号采集的霍尔传感器，高频数据采样卡和相应的数据分析软件组成。由于变频器允许过流时间很短(一般10μs)，为了记录故障前后的电量，选用高频差分16通道数据采集卡。主要测量变频器的U相输入电流，UV、VW相输入电压，变频器的三相输出电流和电压及变频器的直流电压、直流电流，共11个信号。
　　PCI-MIO-16E-I是NI公司的高性能数据采集卡，采样频率高达1.25MHz。数据采集卡本身有一个高速的CPU，不依赖工控机，可以实现高速率的数据采集。
　　采集的11路信号都采用霍尔元件作为传感器，其接线原理如图1所示。

　　对变频器的波形观察和记录的程序如图2所示。程序还可用于特殊过程的监测，如起动及制动过程的监测和记录。通过运行程序，从面板waveform graph中可以观察到变频器的各个信号的实时状况；需要记录时按OK按钮，可在面板上标记为store按钮，用软件触发程序开始记录数据。AIconfig中的channels可根据数据采集卡接线的顺序，正确设定要记录的各个参量的名称。如果研究起动、制动特性，可以在起制动前一时刻或起制动的当时，按下store按钮，记录起制动过程中的数据，分析影响变频器起制动的参数设定是否合理。
　　对变频器正常运行时的信号的定期记录可以采用图3所示的程序。

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　　每次程序采集并记录的数据文件自动生成，由左上角内标1的虚线框完成，例如在C盘上建一个inverter子目录，在2004年4月10日15：30：40开始执行程序，第一个数据记录的文件名称为，c:＼inverter＼2005-4-17 time 15.30.40，以后每个循环所记录的数据也会按照当时开始采集的时间命名。这个时间的写入由内标2的程序完成，称头文件。
　　轧钢时，非常关心变频器的谐波是否影响电网及负荷正常工作，我们采用图4所示的程序来监测变频器的某一信号的谐波。本程序用的是平均功率谱函数，POWER.V；它可以选择加窗的样式，用window设置。如0：Uniform；1：Hanning；2：Hamming；3：Blackman?Harris。缺省值为Hanning窗。按照香农采样定律，对要分析的高次谐波，采样率至少设定为其频率的2倍；采样率可达到1.25MHz。如果需要记录当前的波形，在程序中设置一个OK按钮，按下则记录波形。以后用读数据的程序将数据读出可再进行谐波分析，读程序在这里不再累述。
　　为记录变频器故障，应用了数字触发功能，程序如图5所示。

　　我们运用本系统监测被测变频器，其谐波在国标规定范围内；出现故障的原因主要是参数设定不当，如起动、制动时间和PI调节参数设置不当等。