变频器 2018-11-09 13:21
中国电工网讯:
    了解用于在对电信号进行故障排除时评估变频器输出因数的逐步测量顺序
 
    在对电动机/驱动系统内的电信号进行故障排除时,请考虑输入与输出的关系。变频器(VFD)将恒定电压和频率的输入电源转换为可以改变以控制电动机转矩的电压和频率范围。输入故障排除从测试电源和质量开始。
 
    输出故障排除始于测量转换后的电压和频率。本文逐步介绍了评估VFD输出因子的测量顺序:
 
    直流母线
 
    输出电压/电流/频率
 
    不平衡
 
    伏特/赫兹比
 
    输出反射
 
    图1显示了VFD输入AC-DC转换器和输出脉冲宽度调制信号的组件,其间具有DC链路。在VFD中,脉冲宽度调制(PWM)逆变器调节电动机的电压和频率。通过调制输出脉冲的宽度来改变电动机的电压和频率,这通过控制半导体开关来实现。(将电机/驱动系统设想为三个部分-输入,输出和负载-有助于阐明每个部分要采取的具体测量和故障排除步骤。)
    输入二极管为开关逆变器部分提供恒定的直流缓冲,相当于输入电压峰值的1.414倍。电容充当滤波器,以减少直流部分的纹波。
 
    逆变器部分中的控制设备通常是绝缘栅双极晶体管(IGBT),现在有足够的功率来处理高达500马力的负载。
 
    步骤1:测量直流母线电压
 
    示波器可用于测量整流直流电压的绝对值;当AC耦合时,它也可用于放大信号以查看纹波的程度(见图2)。
    使用示波器或数字万用表(DMM)测量+和-端子上的直流母线电压。
 
    使用交流或直流输入耦合来测量绝对或纹波电压。
 
    确保示波器和探头的额定值适当,以测量电压水平。
 
    解释直流母线测量
 
    DC总线电压相对于电源输入的峰值电压。
 
    直流母线电压约为1.414xrms线电压。例如,对于480VAC驱动器,DC总线应为~678VDC。
 
    直流电压值过低会导致驱动器跳闸。在这种情况下,电源输入电压可能太低,或者输入正弦波可能会被平坦的顶部扭曲。
 
    如果纹波的峰值具有不同的重复电平,则其中一个整流二极管可能发生故障(这取决于负载)。高于40V的纹波电压可能是由于电容器故障或驱动器额定值对连接的电机和负载而言太小(见图3:这两个屏幕显示了用于检查整体DC和纹波电压的示波器的DC耦合与AC耦合波形迹线的示例)。
 
    第2步:测量电压和不平衡
 
    使用在三个电机端子之间连接VPWM功能的示波器(参见图4:使用具有适当安全额定电气隔离输入的示波器对三相输出执行差分测量)。
    将示波器读数与驱动器的显示值进行比较。
 
    驱动器和电机端子之间的电压降不应超过3%。
 
    不平衡大于2%是有问题的。
 
    使用多通道示波器检查三个输出相的电机电压不平衡。
 
    测量每个端子上的电压,并记录每个测量电压,以便在下一步中使用。
 
    测量满载时的电压不平衡。第3步:测量电流不平衡
 
    在所有三个驱动输出端子上分别使用带有电流钳的示波器测量每个端子上的电流消耗(参见图5:使用适当额定电流钳测量每相的电流)。
 
    由于电流测量将在高能量,电噪声环境中进行,因此请务必使用合适的电流钳。如果您的测试设置未自动评估不平衡,请参阅侧栏“手动计算不平衡”。
 
    不平衡程度不应超过10%。
 
    对于每1%的电压不平衡,电机电流不平衡将为3%至4%。
 
    如果电压不平衡很低,那么过大的电流不平衡可能表示电机绕组短路或相短路接地。
 
    通常,三相电动机的电流不平衡不应超过10%。
 
    电压不平衡会导致电流不平衡。
 
    如果电压不平衡在可接受的限度内,则检测到的任何过电流不平衡都可能表示电机绕组短路或其中一相短路接地。
 
    步骤4:伏/赫兹比
 
    以赫兹为单位测量的电压与频率之比决定了交流感应电动机产生的扭矩量。通过保持该比率恒定,电动机内的磁场保持恒定水平。这导致恒定的扭矩。
 
    高于标称频率60Hz,电压不再增加,扭矩将减小(见图6:可以轻松测量恒转矩可变功率应用中的电压和频率,以验证正确的驱动编程和电机运行。)。
    要测量伏特/赫兹比,请使用带VPWM选项的数字万用表,其中VPWM反映基频的幅度,或示波器。示波器应同时显示PWM输出的频率和与电机铭牌额定值相当的电压(参见图7:连接示波器输入以测量输出电压的设置和用于测量输出频率的电流钳)。
 
    使用电流钳来测量频率。对于460V电机应该是~7.6,对于230V电机应该是~3.8。
 
    第5步:输出反射
 
    由于阻抗不匹配或电流传输路径的变化,会发生反射(见图8:注意示波器捕获的脉冲宽度调制(PWM)信号后沿的电压尖峰)。在电动机驱动电路中,反射峰值可以与DC总线电压电平一样高。
    图8
 
    使用类比,考虑当有人踩到橡胶软管瞬间改变水流时,花园洒水器会发生什么。释放组合压力时,喷头处的压力会发生峰值变化。使用过长的电缆(>100英尺)也可能导致沿着长度的反射,可以作为瞬变测量。
 
    反射本身表现为示波器显示器上的尖峰,波形,幅度和持续时间范围很广。根据经验,反射或瞬变>标称电压的50%是有问题的。
 
    一种可能的解决方案包括缩短电动机和逆变器之间的导体。另一种解决方案是提高布线等级,从而降低阻抗或切换到更高绝缘值1,600V或更高的逆变器额定电机,以承受瞬态。
 
    大多数反射是由IGBT快速切换直流电压(dV/dt)引起的。IGBT是驱动器的一个元件,其功能类似于非常快速的On/Off开关。IGBT在感性负载上输出DC电压作为PWM信号。这在非常短的(切换)时间内引起非常高的感应电压,也称为dV/dt。
 
    IGBT具有内置的续流二极管来补偿这一点。但是,当示波器“毛刺检测”设置打开时,瞬态可见。
 
    测量和解释输出反射
 
    大多数数字万用表没有采样率和频率带宽来检测短暂,快速的输出瞬变。因此,请使用连接到电机端子的示波器,如图3所示。图9中的B输入走线演示了如何在波形视图中出现过多的反射。了解特定失真的外观有助于减少识别根本原因所需的时间。(参见图9:这显示了具有过多反射(B输入走线)的PWM驱动信号的示波器屏幕捕获。)
 
    图9
    结论
 
    确定电机驱动系统故障的根本原因需要系统地在系统的关键点执行测试和测量。特别是关于电源,区分电源输入和输出,并在每个电源输入和输出应用不同的测量技术和评估标准。通过一点点知识,这些测量可以指导故障排除到真正的根本原因,尽快启动系统。
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