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变频器信号采集、分析及故障监测系统

本文来源：工控商务网（

介绍一种对变频器关键电量进行监测和记录系统设计，本系统已经某钢厂轧钢生产线上应用，帮助线监控主轧辊变频器运行状况、分析信号，如分析谐波等。   

　　维护、维修、测试变频调速器工作日趋重要。尤其是直接转矩控制变频器，速度响应快，发生过流故障时，要求电流超过定值10μs IGBT就保护动作，，检测和研究变频器需要高速采集和测试平台。下面是针对高速线材轧辊用变频器设计测试平台，主轧辊采用直接转矩控制交-直-交型变频器控制。
　　测试平台采用工控机线检测系统，真实而快速显示并存储变频器主要电量。检测系统由工控机、适合变频器信号采集霍尔传感器，高频数据采样卡和相应数据分析软件组成。变频器允许过流时间很短(一般10μs)，记录故障前后电量，选用高频差分16通道数据采集卡。主要测量变频器U相输入电流，UV、VW相输入电压，变频器三相输出电流和电压及变频器直流电压、直流电流，共11个信号。
　　PCI-MIO-16E-I是NI公司高性能数据采集卡，采样频率高达1.25MHz。数据采集卡本身有一个高速CPU，不依赖工控机，可以实现高速率数据采集。
　　采集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。

分析软件选用LabVIEW，它内置信号采集、测量分析与数据显示功能。数据采集卡采样频率1.25MHz，平均每路信号采样率为114kHz。变频器最大载波频率一般为15kHz，，对大多数变频器来说都可很好测试信号及其主要谐波。
　　对变频器波形观察和记录程序如图2所示。程序还可用于特殊过程监测，如起动及制动过程监测和记录。运行程序，从面板waveform graph中可以观察到变频器各个信号实时状况；需要记录时按OK按钮，可面板上标记为store按钮，用软件触发程序开始记录数据。AIconfig中channels可数据采集卡接线顺序，正确设定要记录各个参量名称。研究起动、制动特性，可以起制动前一时刻或起制动当时，按下store按钮，记录起制动过程中数据，分析影响变频器起制动参数设定是否合理。
　　对变频器正常运行时信号定期记录可以采用图3所示程序。

图3为定期采集数据程序，从里到外共三个循环，最里面循环完成一次要采集和记录全部数据。max#of scans to设定了每次要记录数据总数；#of scans to write at a time设定每次程序要写入数据；每天记录次数较多，占用空间大，最好选用二进制，数据以二进制格式写入最节省空间，如图所示。被采集11个信号名称分别填写AIconfigChannels内，如变频器UV相输出电压，直流母线电压等等。采样速率由AIstartscan rate手动框设定。
　　每次程序采集并记录数据文件自动生成，由左上角内标1虚线框完成，例如C盘上建一个inverter子目录，2004年4月10日15：30：40开始执行程序，第一个数据记录文件名称为，c:＼inverter＼2005-4-17 time 15.30.40，以后每个循环所记录数据也会当时开始采集时间命名。这个时间写入由内标2程序完成，称头文件。
　　轧钢时，非常关心变频器谐波是否影响电网及负荷正常工作，我们采用图4所示程序来监测变频器某一信号谐波。本程序用是平均功率谱函数，POWER.V；它可以选择加窗样式，用window设置。如0：Uniform；1：Hanning；2：Hamming；3：BlackmanHarris。缺省值为Hanning窗。香农采样定律，对要分析高次谐波，采样率至少设定为其频率2倍；采样率可达到1.25MHz。需要记录当前波形，程序中设置一个OK按钮，按下则记录波形。以后用读数据程序将数据读出可再进行谐波分析，读程序这里不再累述。
　　为记录变频器故障，应用了数字触发功能，程序如图5所示。
变频器发生故障时，本身有数字量输出。用数字触发数据采集卡。程序中AIstartChoose trigger type设置成Trigger A，将变频器故障输出数字信号联接到数据采集卡相应数 字触发端。故障前需要记录数据个数由AIstantpretrigger scans设定。故障前后需要记 录总数据由AI configbuffer size设定，图中标示为the namber of scans to aquire 。程序开始记录故障时会同时生成故障文件名称，并存储事先建好目录中，如本程序将 其存储D：inverters＼faults recorders子目录下，名称仍然以故障发生时间自动命名 。
　　我们运用本系统监测被测变频器，其谐波国标规定范围内；出现故障原因主参数设 定不当，如起动、制动时间和PI调节参数设置不当等。

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